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融入概率学习的混合DE求解绿色分布式可重入作业车间调度

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控制理论与应用 2024年

作者：胡蓉伍星毛剑琳钱斌云南机电职业技术学院昆明理工大学信息工程与自动化学院昆明理工大学机电工程学院

针对绿色分布式可重入作业车间调度问题(Green distributed reentrant job shop scheduling problem,GDRJSSP),提出一种融入概率学习的混合差分进化算法(Hybrid differential evolution incorporated with probabilistic learning, HDE PL)，以实现最大完工时间和总能耗最小.根据GDRJSSP的问题特点,设计编码和解码规则,并采用差分进化算法执行全局搜索来发现优质解区域.为能更明确地引导全局搜索方向,设计基于贝叶斯网络结构的多维概率模型合理学习和积累优质解(即当前种群中的较优解)的模式信息.结合问题解的结构特征,提出基于关键路径的4种邻域结构来构造局部搜索,并设计基于非关键路径的节能策略来提升算法获取低能耗非劣解的能力.仿真实验和算法对比验证了HDE PL可有效求解GDRJSSP.

关键词：差分进化绿色调度分布式调度可重入作业车间调度问题

基于变指幂趋近律和高增益观测器的四旋翼模糊滑模控制

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应用力学学报 2024年

作者：杨舒博毛剑琳向凤红徐峰北京科技大学机械工程学院昆明理工大学信息工程与自动化学院

针对四旋翼飞行器在未知干扰下跟踪慢、精度低以及模型耦合性强的问题，提出了一种基于变指数幂次趋近律和高增益观测器的模糊滑模控制策略。首先，设计了一种自适应变指数幂次趋近律，通过趋近律中幂次趋近项和指数趋近项的相互作用，... 详细信息

针对四旋翼飞行器在未知干扰下跟踪慢、精度低以及模型耦合性强的问题，提出了一种基于变指数幂次趋近律和高增益观测器的模糊滑模控制策略。首先，设计了一种自适应变指数幂次趋近律，通过趋近律中幂次趋近项和指数趋近项的相互作用，使系统得到较快的趋近时间降低稳态误差；其次，在位置子系统中，采用高增益观测器实现状态估计以抑制耦合；接着，将变论域思想引入自适应模糊控制，在切换控制项设计了一个带有伸缩因子的模糊逼近系数来补偿高增益观测器带来的影响。仿真结果表明，该控制策略能有效削弱抖振，具有较好的动态性能和控制精度；即使在复杂外部干扰的情况下，四旋翼飞行器依然能够迅速按要求进行轨迹跟踪。

关键词：四旋翼飞行器滑模控制变指数幂次趋近律高增益观测器自适应模糊控制变论域

双重信息引导的蚁群算法求解绿色多舱车辆路径问题

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控制理论与应用 2024年第6期41卷 1067-1078页

作者：郭宁申秋义钱斌那靖胡蓉毛剑琳昆明理工大学信息工程与自动化学院云南昆明650500 昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500 昆明理工大学云南省人工智能重点实验室云南昆明650500

针对当前实际运输中广泛存在的绿色多舱车辆路径问题(GMCVRP),文章提出一种双重信息引导的蚁群优化算法(DIACO)进行求解.首先,在DIACO的全局搜索阶段,重新构建传统蚁群优化算法(TACO)中的信息素浓度矩阵(PCM),使其同时包含客户块信息和... 详细信息

针对当前实际运输中广泛存在的绿色多舱车辆路径问题(GMCVRP),文章提出一种双重信息引导的蚁群优化算法(DIACO)进行求解.首先,在DIACO的全局搜索阶段,重新构建传统蚁群优化算法(TACO)中的信息素浓度矩阵(PCM),使其同时包含客户块信息和客户序列信息,即建立具有双重信息的PCM(DIPCM),从而更全面学习和累积优质解的信息;采用3种启发式方法生成较高质量个体,用于初始化DIPCM,可快速引导算法朝向解空间中优质区域进行搜索.其次,在DIACO的局部搜索阶段,设计结合自适应策略的多种变邻域操作,用于对解空间的优质区域执行深入搜索.再次,提出信息素浓度平衡机制,以防止搜索陷入停滞.最后,使用不同规模的算例进行仿真测试和算法对比,结果验证了DIACO是求解GMCVRP的有效算法.

关键词：多舱车辆路径问题绿色蚁群优化算法双重信息引导信息素浓度平衡机制

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HCA*框架下的低能耗多机器人路径规划算法

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系统仿真学报 2024年

作者：王宁毛剑琳李大焱房程远钱诚泽昆明理工大学信息工程与自动化学院

在多机器人系统中，机器人能耗是影响系统效率的重要因素，如何降低能耗是多机器人路径规划需要考虑的重要问题。针对多机器人路径规划中的能耗优化问题，以B-IHCA(Bargaining Game based Improving Hierarchical Cooperative A*)算法... 详细信息

在多机器人系统中，机器人能耗是影响系统效率的重要因素，如何降低能耗是多机器人路径规划需要考虑的重要问题。针对多机器人路径规划中的能耗优化问题，以B-IHCA(Bargaining Game based Improving Hierarchical Cooperative A*)算法为内核提出一种基于能量引导协作A*算法E-HCA*(Energy-Guided Hierarchical Cooperative A*)多机器人路径规划算法。首先，针对多机器人系统在关隘口和狭长通道相互避让导致机器人振荡移动的问题，引入以路径长度为第二特征的节点拓展方法，提出一种协作A*框架下的贪婪抑制策略，在相同代价值下减少机器人系统的移动路径长度；其次，建立差速机器人能耗模型，融合能耗指标在底层A*算法中构建能量引导估价函数，引导A*算法规划低能耗路径；最后，对所提算法在不同规模和结构地图进行仿真与实物实验。实验结果表明，所提算法能够有效解决振荡路径问题，较现有算法路径总长度更短，路径总能耗更低，路径质量得到改善。

关键词：多机器人路径规划能耗优化引导A*规划

一种含链式工作方式的多机器人协作路径规划算法

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系统仿真学报 2024年

作者：贺志刚李大焱王妮娅毛剑琳王宁昆明理工大学信息工程与自动化学院

目前，在多机器人具有共同目标点的应用场景下，传统的MAPF算法会导致大量的重复路径从而造成非必要能量损耗。针对上述问题，提出了一种具有牵引者的多机器人链式工作方式，将具有共同目标点的机器人划分进一个子组进行多机器人协作路... 详细信息

目前，在多机器人具有共同目标点的应用场景下，传统的MAPF算法会导致大量的重复路径从而造成非必要能量损耗。针对上述问题，提出了一种具有牵引者的多机器人链式工作方式，将具有共同目标点的机器人划分进一个子组进行多机器人协作路径规划，并给出一种具有牵引者的协作动态优先级安全间隔路径规划(Cooperative Dynamic Priority SIPP with tractor， Co-DPtSIPP)算法。在该算法中，首先利用多边形费马点原理等方法获取各协作组机器人的串接区域；然后在考虑采集机器人和牵引机器人串接顺序的情况下进行分段路径规划；在各组采集机器人挂架牵引机器人后，由牵引机器人带动它们以链式方式前行；同时将牵引机器人的后段路径节点经过时间步调整后填充进各采集机器人的路径当中，以避免牵引机器人在拖动多个采集机器人移动过程中与其他机器人碰撞。最后使用群组优先级、串接区域动态调整方法解决协作机器人较多的情况下容易求解失败的问题。在两种不同尺寸的仓储地图上进行了实验，结果显示提出的Co-DPtSIPP算法相对于具有重复状态的加权安全间隔路径规划(Weight SIPP with duplicate states， WdSIPP)算法在路径长度上可以减少10%以上，可有效降低机器人能耗。

关键词：多机器人协作路径规划安全间隔采集机器人牵引机器人串接区域

一种面向地下管网环境的多机器人路径规划算法

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机器人 2024年第1期46卷 94-104,117页

作者：贺志刚毛剑琳杨邹张凯翔张书凡付丽霞昆明理工大学信息工程与自动化学院云南昆明650500 昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

多台机器人在地下管网执行任务时由于各通道只能允许一台机器人通过,可能因此出现大量的终点封堵和位置互锁问题,目前的路径规划算法无法有效解决此类问题。对此,本文提出一个具有中间点的动态优先级SIPP(安全间隔路径规划)算法,命名为D... 详细信息

多台机器人在地下管网执行任务时由于各通道只能允许一台机器人通过,可能因此出现大量的终点封堵和位置互锁问题,目前的路径规划算法无法有效解决此类问题。对此,本文提出一个具有中间点的动态优先级SIPP(安全间隔路径规划)算法,命名为DPiSIPP。首先引入确定性重新调度方法,使遭遇终点封堵问题的机器人能得到优先规划从而解除封堵。然后,对出现位置互锁问题的机器人添加一个中间点进行分段规划,以此直接解除互锁关系或将位置互锁问题转化为终点封堵问题来解决。实验结果表明,在地下管网场景下,DPiSIPP算法的求解成功率相较于Anytime SIPP算法、WSIPPd(具有重复状态的加权SIPP)算法和增强型CBS(基于冲突的搜索)算法最高分别可提升30%、30%和10%左右,这说明本文算法在求解能力上明显优于上述算法。

关键词：多机器人路径规划终点封堵位置互锁确定性重新调度中间点 SIPP(安全间隔路径规划)算法

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基于冲突避让策略的CBS多机器人路径规划

小型微型计算机系统 2024年

作者：闫星宇毛剑琳王宁徐志昊王燕昆明理工大学信息工程与自动化学院

狭窄路段环境中，部分机器人占据关键通道会引发局部冲突加剧，进而导致路径求解效率降低。针对该问题，本文提出基于冲突避让策略的多机器人路径规划方法。首先，在基于冲突搜索（Conflict-Based Search，CBS）算法框架上层的冲突消解... 详细信息

狭窄路段环境中，部分机器人占据关键通道会引发局部冲突加剧，进而导致路径求解效率降低。针对该问题，本文提出基于冲突避让策略的多机器人路径规划方法。首先，在基于冲突搜索（Conflict-Based Search，CBS）算法框架上层的冲突消解方面，针对关键通道上的终点阻碍机器人实施主动避让策略，采用邻域搜索获得终点阻碍机器人的最优避让位置作为临时等待位置。其次，待其他机器人通过关键通道后，再重新规划出终点阻碍机器人到原有目标位置的路径。最后，在标准算例地图中的实验结果表明，求解时间相较于CBS-BP算法缩短15.06%。

关键词：狭窄路段多机器人路径规划基于冲突搜索算法终点阻碍临时等待位置

基于耦合度矩阵的安全区间多机器人路径k鲁棒规划算法

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控制与决策 2024年

作者：毛剑琳李昊楠张凯翔张书凡付丽霞昆明理工大学信息工程与自动化学院昆明理工大学机电工程学院

针对多机器人路径鲁棒规划时存在节点耦合度高导致求解方案可靠性低的问题,提出耦合度矩阵概念并给出基于耦合度矩阵的安全区间多机器人路径k鲁棒规划(Coupling degree matrix k-Robust Safe Interval Path Planning, Ck R-SIPP)算法.首... 详细信息

针对多机器人路径鲁棒规划时存在节点耦合度高导致求解方案可靠性低的问题,提出耦合度矩阵概念并给出基于耦合度矩阵的安全区间多机器人路径k鲁棒规划(Coupling degree matrix k-Robust Safe Interval Path Planning, Ck R-SIPP)算法.首先,根据路径规划方案统计全局地图节点耦合度信息形成耦合度矩阵,在规划过程中不断更新该矩阵.其次,引入安全区间避免机器人之间发生冲突,采用带k时间扩展的A*算法作为多机器人底层路径规划算法,其中k为设定的鲁棒因子,可在多机器人的时空关系中处理鲁棒规划问题.同时,以耦合度矩阵中信息作为寻路约束反馈给带k时间扩展的A*算法,尽量避免耦合度高的节点.最后,按照高优先级到低优先级的顺序,完成所有机器人的路径规划.在Benchmark地图上进行仿真测试,结果表明,本文提出的Ck R-SIPP算法均优于k R-CBS以及Ik R-CBS算法,较k R-SIPP算法平均提高19.2%,可以有效提高多机器人路径k鲁棒规划系统的方案可靠性.

关键词：多机器人路径规划安全区间耦合度矩阵鲁棒规划

面向地面多机救援任务的改进任意角度安全间隔路径规划

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控制工程 2024年

作者：贺志刚毛剑琳张书凡李睿祺王宁昆明理工大学信息工程与自动化学院昆明理工大学机电工程学院

在处理地面多机救援路径规划任务时，现有的大部分四邻域搜索算法获得的路径方案在时间代价和路径长度上表现较差，不能满足紧急救援任务的需求。对此，提出一种速度异构的动态优先级任意角度安全间隔路径规划(dynamic priority any-ang... 详细信息

在处理地面多机救援路径规划任务时，现有的大部分四邻域搜索算法获得的路径方案在时间代价和路径长度上表现较差，不能满足紧急救援任务的需求。对此，提出一种速度异构的动态优先级任意角度安全间隔路径规划(dynamic priority any-angle safe interval path planning with different speed，DPAA-SIPPS)算法。该算法在多机规划过程中引入速度调节和优先级优化两种机制，以实现规划方案在时间和路径长度上的双重优化。首先，通过不考虑冲突约束的单机规划获取最优路径长度值，为两种优化机制的引入创造条件；其次，作用于系统下层的速度调节机制在单机匀速规划过程中，递增调节速度因子进行规划探索以获得更短的单机路径;最后，作用于规划系统上层的优先级优化机制通过路径长度增长率的计算结果调整机器人规划次序进行整体优化，以确保返回较高质量的解决方案。在两种基准地图上的测试结果表明，提出的算法求解成功率明显提升，且获得的规划方案在路径总代价和路径总长度上均是最优的。

关键词：地面多机救援路径规划安全间隔任意角度速度异构规划优先级