基于蚁群算法的路径规划研究

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混合蚁群算法在城市交通路径规划中的应用

混合蚁群算法在城市交通路径规划中的应用
a ay ig a d c mp rn e e e t f r a spln i g b h e l o ih .Th x e me t lr s ls s o t a h n l z o ai g t f cs o o d a n n y t r e ag rt ms n n h e e p r n a e u t h w h tt e i i r v dh b i lo i m u e i rt t e woag rt si a ln i g a c r c n o ua in e ce c . mp o e y rdag rt i s p ro o rt lo ih np t p a n n c u a y a d c mp t t f i n y h s o h m h o i
Ab t a t n r e o ud ve ils o ln etr rve r u e f r mp o ig he u l y f ta e i u b sr c :I o d r t g ie h ce t p a b te ta l o ts o i r vn t q a i o v l n r a t r n rn p rain n t r ,t i a e t d e a d et b i e h u a o d ta s o tto ewo k h s p p r su is n sa l h s t e r b n r a weg t d 1 s i h s mo e.Be i e ,i a ayz s a d sd s t n l e n c mpae e a v n a e d dia v t g s o a t l s r op i z t n a d a tc ln p i z to o r s t d a tg s a s d a a e f p ri e wa m t h n n c miai n oo y o tmiai n.Thi o o n st w

基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划

基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划

式中,$为起始节点,g为目标点,切为起始点$到节 点/之间的距离,血为节点/到目标点g之间的距离。这一 改进增强了蚂蚁搜索的目的性,降低了算法陷入局部最优解 的概率。
3.2信息素浓度更新规则的改进 传统蚁群算法是在蚂蚁遍历所有路径后再对信息素浓度
进行更新,并且信息素挥发因子是常数,这样容易导致蚂蚁 在前期搜索时的盲目性较大,在后期搜索时的收敛速度较慢。
作者简介:张小龙(1998-),男,河南周口人,硕士研究生。 研究方向:移动机器人路径规划研究。
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信!g与电脑 China Computer & Communication
2021年第8期
1环境建模
移动机器人环境建模方法主要有栅格法、自由空间法、 构型空间法等,其中以栅格法最为常用。栅格法环境建模的 基本原理是将移动机器人的工作环境划分成很多小网格,每 个网格的大小是由机器人的步长决定的。机器人工作环境分 为可行区域与非可行区域,因此网格也是由可行网格与障碍 网格组成。可行网格用白色网格表示,非可行网格用黑色网 格表示。图1是20*20的机器人环境建模网格,机器人需要 从起始点(0, 0)到达终点(19, 19),中间每一段路径都 有8个方向可供选择,同时机器人也要躲避网格中的黑色障 碍物,以顺利到达终点。
Abstract: Aiming at the problems of traditional ant colony algorithm such as low efficiency, slow convergence speed, and easy to fall into local optimal solution, the author proposes an improved ant colony algorithm. The algorithm introduces a distance heuristic factor into the heuristic function, which makes the ants have the orientation in the path search process, and makes the algorithm not easy to fall into the local optimal solution. The research results show that the proposed improved ant colony algorithm can find the optimal path efficiently and quickly, and the quality of the path is better than the path planned by the traditional ant colony algorithm.

改进蚁群算法在迷宫路径规划问题中的研究和应用

改进蚁群算法在迷宫路径规划问题中的研究和应用
地复 杂的情况下 , 该算 法可以有 效地规 划 出全局 最优路 径 .
关键词: 改进蚁群算法; 最优路径; 电脑鼠; 迷宫 中 图分 类号 :P 9 文献标 识码 : T 31 A
S ud n pl a i n n M a e Pa h Pl nn n t y a d Ap i to o c z t a ig Ba e n I p o e s d o m r v d AntCo o g r t m l ny Al o ih
J n xU ie i Sine n eh o g,a zo 4 0 0 C i ) i gi nvrt o cec d c nl y nh u3 10 , hn a syf a T o G a
Ab t a t S a c i g o t lp t n t e ma e i a mp r n u c in o h c o u e i r e o f d t e sr c : e r h n p i a h i h z s n i o t tf n t ft e mir mo s n o d r t n h ma a o i o t z t n a c r tl n a il , ed n mi p t ln i gmo e o emir mo s ema ei c n t ce , p i ai c u a e a dr p d y t y a c a h pa n n d l f h e o u ei t z o s u t d mi o y h t n h s r a d t e a a t e meh d t p a e if r t n o r d t n n oo y a g r h c n e g n e so r be i n h d p i t o o u d t n omai n ta i o a a tc l n o i m o v r e c lw p o lm s v o i l l t

蚁群算法最优路径

蚁群算法最优路径

机器人的路径规划---蚁群算法1.蚁群算法众所周知,蚁群算法是优化领域中新出现并逐渐引起重视的一种仿生进化算法它是群体智能的典型实现,是一种基于种群寻优的启发式搜索算法。

自从M.Dorigo等意大利学者在1991年首先提出蚁群算法(Ant Colony System,ACS)以来,这种新型的分布式智能模拟算法已逐渐引起人们的注意并得到广泛的使用。

蚁群算法的特点主要表现在以下五个方面:(1)蚂蚁群体行为表现出正反馈过程。

蚁群在寻优的过程中会释放一定量的信息素,蚁群的规模越大,释放的信息素的量也就越大,而寻优路径上存在的信息素浓度越高,就会吸引更多的蚂蚁,形成一种正反馈机制,然后通过反馈机制的调整,可对系统中的较优解起到一个自增强的作用,从而使问题的解向着全局最优的方向演变,最终能有效地获得全局相对较优解。

(2)蚁群算法是一种本质并行的算法。

个体之间不断进行信息交流和传递.有利于最优解的发现,并在很大程度上减少了陷于局部最优的可能。

(3)蚁群算法易于和其他方法结合。

蚁族算法通过和其他算法的结合,能够扬长避短,提高算法的性能。

(4) 蚁群算法提供的解具有全局性的特点。

一群算法是一种群只能算法,每只蚂蚁巡游的过程相对独立,他们会在自己的活动空间进行搜索,蚂蚁在寻优过程中通过释放信息素,相互影响,互相通信,保证了解的全局性。

(5) 蚁群算法具有鲁棒性。

蚁族算法的数学模型易于理解,可以广泛使用在很多复杂的优化问题中,蚁族算法区别于传统优化算法的一个特点在于该算法不依赖于初始点的选择,受初始点的影响相对较小,并且在整个算法过程中会自适应的调整寻优路径。

由此可见,在机器人寻找最优路径的过程中,采用蚁群算法实现路径的规划问题,可以高效,准确的找到最优的路径。

2.移动机器人的路径规划2.1环境信息处理假设机器人运行环境为边长分别为x和Y的矩形区域,在矩形区域内分布有n个异形障碍物,显然对于该获取的实际环境信息:首先,由于障碍物大小不一,而且形状也各不相同,为了减少机器人处理地图信息的负担,需要对工作环境行一些必要的预处理;其次,在后续章节中,描述机器人的路径规划方法是基于把障碍物近似成质点的基础上进行的,而要把障碍物近似成质点也同样需要对工作环境的信息进行适当预处理。

基于群体智能的机器人路径规划研究

基于群体智能的机器人路径规划研究

基于群体智能的机器人路径规划研究近年来,机器人技术得到了飞速的发展,尤其是在自动驾驶、机器人导航等领域,有着越来越广泛的应用。

机器人路径规划是机器人导航的核心问题之一,合理的路径规划可以提高机器人的效率和精度,改进机器人的导航能力。

本文将围绕基于群体智能的机器人路径规划进行研究,探讨其意义、现状和研究方向。

一、群体智能与机器人路径规划群体智能是指集合所有个体的智能,通过交流和合作,形成共同的智慧表现。

与传统的人工智能相比,群体智能更注重个体之间的协同共进,更接近于自然界中生物种群的行为。

机器人路径规划是基于机器人的任务和环境,寻找一条最短、最安全、最优的路径,使机器人实现任务的过程。

针对机器人路径规划中存在的难题,基于群体智能的算法被提出并得到广泛应用。

这类算法可以充分考虑环境的复杂性和不确定性,利用群体个体之间的信息共享,寻找最优的路径方案。

目前,国际学术界对基于群体智能的机器人路径规划进行了深入研究,不断提出了新的算法和模型,并在各个领域取得了丰硕的成果。

二、基于群体智能的机器人路径规划算法研究(一)蚁群算法蚁群算法利用蚂蚁所遵循的信息素标记、接触和记忆等行为规律,模拟了蚂蚁在寻找食物时的行为方式。

不断地更新信息素浓度、探索新的路径,并利用反馈机制和启发式规则,不断优化路径规划方案。

(二)遗传算法遗传算法是一种通过模拟自然界生物进化过程进行寻优的计算方法,其优化策略是通过基于群体个体的遗传学进行设计和搜索。

该算法可以在搜索空间中遍历不同位置,并根据每个位置的适应度来选择合适的路径方案。

(三)粒子群算法粒子群算法模拟了鸟群、鱼群等动物个体之间的协同行为。

在路径规划中,利用个体的位置和信息素来更新速度和位置,寻找当前状态下的最优路径。

该算法可以在无法获取环境极端情况下,实现最优路径的搜索。

三、基于群体智能的机器人路径规划应用当前,基于群体智能的机器人路径规划正在广泛应用于物流仓储、自动驾驶、巡检、救援等领域。

基于蚁群算法的白车身焊接机器人路径优化研究

基于蚁群算法的白车身焊接机器人路径优化研究
度 要求 高 ,对批 量化 焊接 生产 有高 品质 的要 求 ,对 焊 接过程 有 高节 拍 、高效 率 的要求 。 ()根据 焊接 工艺 的要 求 。某 些焊 点位 置 和焊 4
接 顺序 是相 对确 定 的。
由此制定 的 规划 方案 存在 很大 的随机性 ,经 常发 生
机器 人作 业顺 序不 合理 的情 况 , 致生 产 周期过 长 , 导
工作 循环 。这 与 T P旅 行商 问题 的数 学模型 非 常类 S 似 ,不 同之 处在 于 在 白车 身机 器人 焊 接过程 中还要
考虑 到焊 枪 和工件 或夹 具 的干 涉 问题 ,这方 面 可 以 用增 加虚 焊 点修正 的方 法加 以解 决 。据此确 定 如下
解 决方案技 术路线 :
0 引言
在 白车 身焊 接生 产过 程 中 ,现 行 以人工 方式 为
主 的焊接 机器人 路径规划 方法缺 乏严 格的数 学论 证 ,
()使用焊 接 方法 多 。 电阻焊 、气体 保护 焊 、 2 如 螺 栓焊 、激 光焊 等 ,但主要 以电阻焊 为 主 。
()对焊 接技 术 的要 求高 。对 焊 接产 品尺 寸精 3
维普资讯
、 l

訇 地
基于蚁群算法的 白车身焊接机器人路径优化研究
王家 海 ,王 毅
( 同济大 学机械 工程学院 ,上海 2 0 9 ) 0 0 2 摘 要 :针对目前焊接机器人路径规划缺乏理论依据的现状 ,本文提 出了将路 径规 划问题抽象为 T P S
人 工 干预 。通 过对 轿 车 白车 身 装 焊单 元 进 行分 析 ,
发 现焊 接单 元 中的 点焊机器 人 运动路 径 规划具 有 如
下特点:

融合粒子群与改进蚁群算法的AUV路径规划算法

2021576海洋资源已经成为人类开发的重点,但复杂的海洋环境对人类水下作业有着极大的限制,水下机器人正在成为海洋作业的主角,自主式水下机器人(Autono-mous Underwater Vehicle,AUV)依靠自身携带的能源进行水下作业。

由于在整个过程中无法补充能源,因此利用路径规划与安全避障技术对AUV导航控制,是其能否精确、安全和完整地完成水下作业的关键。

AUV 路径规划问题已经成为了一个研究热点[1],主要涉及两方面问题:一是对海洋环境进行三维建模;二是选取合适的算法进行全局路径规划。

海洋环境建模主要有两类方法:一类是规则地形模型,主要利用正方形、矩形等规则形状进行组合来表示海底表面;另一类是不规则地形模型,将三角形、多边形等不规则形状作为模型单元的基础[2]。

文献[3]使用Voronoi图法简化三维水下环境,生成全局路线图;文献[4]将Delaunay三角模型应用于被测地标,建立拓扑模型。

文献[5]利用八叉树模型来反映AUV工作环境,但主要应用于较大障碍物之间的路径规划,不适合存在许多小障碍物的环境;文献[6-7]不考虑水深,将三维空间简化为二维栅格模型,节省了空间,但却丢失了环境信息;文献[8-9]将三维空间划分为若干平面,然后利用二维栅格模型将每个平面栅格化,有效实现三维栅格建融合粒子群与改进蚁群算法的AUV路径规划算法朱佳莹,高茂庭上海海事大学信息工程学院,上海201306摘要:针对传统蚁群算法在处理自主式水下机器人AUV(Autonomous Underwater Vehicle)三维路径规划问题时存在初期寻径能力弱、算法收敛速度慢等问题,提出一种融合粒子群与改进蚁群算法的AUV路径规划算法PSO-ACO(Particle Swarm Optimization-improved Ant Colony Optimization)。

基于空间分层思想建立三维栅格模型实现水下环境建模;综合考虑路径长度、崎岖性、危险性等因素建立路径评价模型;先使用粒子群算法预搜索路径来优化蚁群算法的初始信息素;再对蚁群算法改进状态转移规则、信息素更新方式并加入奖惩机制实现全局路径规划。

基于改进型蚁群算法的车辆导航路径规划研究



x ij = 1 , j = 2 ,3 , …, n ,
0 , j ∈ Π J k ( i) ,
其中 , J k ( i ) = {1 ,2 , …, n } - tabuk 表示蚂蚁 k 下一步

© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
[1 ]
作者简介 : 温惠英 (1965 - ) , 女 , 江西于都人 , 副教授 , 研究方向为 ITS 与现代物流技术 、交通运输规划与管理 1 (hywen @scut1edu1cn)
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第 1 期 温惠英 , 等 : 基于改进型蚁群算法的车辆导航路径规划研究 127
[12 ]
[11 ]
, 二次指派问题
, 取得了良好的仿真结果 。虽然此方法的研究
其中路 ABCDGHEFA 的起始节点 A 和目标节点 A 相 同 ,节点 A 可能是刚开始出发时的地点 ( 如物流配送 中心) ,这时最终的目标节点是出发节点 , 表示车辆要 回到原处 。路 ABC 的起始节点则不再是刚开始出发 时的地点 ,表示车辆在途中的某个配送点 。
同的 ,而对于物流配送车辆导航的遍历问题 ,起始节点 和目标节点可以不同 。例如 , 路 ABCDGHEFA , 路 AB 2
CD 都可以是物流配送车辆导航的遍历问题的可行解。
, 它以类似蚂蚁觅食的方式求解
[9 - 10 ]
TSP 等组合优化问题 , 取得了良好的效果

蚁群算法在机器人路径规划中研究及发展趋势


传统 的蚁 群算 法 一 方 面存 在算 法 初 期 信 息 素 匮 了早 收 敛 , 法对 解 空 间进 一 步 搜 索 , 不 能 发 现 全 无 而 乏导 致搜 索 时间过 长 , 以满足 实 时规划 或导 航 的要 局最 优路 径 。信 息素 的更新 不是 很合 理使 最优 路径 、 难 求 等 缺 陷 ; 一方 面不 能扩 大解 的搜 索 范 围导致解 空 次优 路 径 、 可行 路 径 之 间 的 信 息素 差 距 不 是 很 大 , 另 不 间 的探索 不够 、 索容 易 陷入局部 最 优导 致搜 索易 于 限制 了搜 索 的多样 性 , 易 陷入 局 部 循 环 当 中 , 搜 容 以至 停 滞 , 以保 证 每 次 都 能 找 到 全 局 最 优 或 者 较 优 路 于早 熟 , 难 而不 能发 现全 局最 优 。 因此 如何 解决 容易 早 径 。虽然 有 的改进 方 法 较 好 地 避 免 了搜 索 的局 部 停 熟 、 停滞 和 收敛速 度之 间 的矛盾 ,如 何在 加 大搜 索 空 滞 , 是 由于 只更 新 最优 路 径 上 的信 息 素 , 但 因此 也 会 间的 同时又 能跳 离局部 最 优解 , 是该 领域 当前 急需 解 导致 路径 的搜 索 陷入停 滞 。
2 蚁群 算 法在机 器 人路径 规 划 中的应 用现 状
死 亡 , 新初 始化 一 只 蚂 蚁 , 样 避 免 了死 锁 。 此文 重 这
中也是采用双向蚂蚁相 向搜索 , 但是两组蚂蚁采用的
移动机器人路径规划_ 是指在有障碍物 的工作 搜 索策 略不 同 。澳 大利 亚学 者 R s l设 计 了一种 用 2 us l e
s dSga Poes g20 , 1 :3 n a i l rcsi ,0 3 ( ) 1 1—16 n n 3.

蚁群算法在移动机器人路径规划中的仿真研究


较低 , 存储 空间大 的缺陷 。随着 神经 网络 、 子群算法 和遗 粒
传算法等人工智能优化算法快 速发展 , 多学 者将 这些算法 许 引入到移动机器人路径规划应用 中 , 这些方法 提高了机器人 路径规划的性能 , 但是 由于移动机器人路径规 划是 一个典型
划组成 , 中路径规划是机器人控制最 为关键 的技术 。移动 其
Ba e n An l n s d o t Co o y Optm ia i n i z to
zHANG n — ln NI Xi o —m e Yi i g. U a i
( unh aC lg f o p t cec , h m da e a 6 00 C ia H a gui o eeo m u r ine Z u ainH nn4 30 , h ) l C eS n
关 键词 : 径 规 划 ; 动 机器 人 ; 群 算 法 路 移 蚁 中 图分 类 号 :P 4 T 2 文 献 标 识 码 : A
S m u a in s a c n M o l b tPa h Pln n i l to Re e r h o bi Ro o t a ni g e
摘要 : 研究移动机器人路径规划问题。移 动机器人路径规划是 一个多 目标优化问题 , 由于避 障定位要求 , 传统机器人路径规 划优化方法存在算法复杂 、 搜索空间大 和效率低等难题 , 难以获得最优解 。为了提高机器路径规划的效率和定 位准确性 , 提 出了一种蚁群算法 的移动机器人路径规划方法。蚁群算法 的路径规划方法 首先采用栅格法对机器人工作环境进行建模 , 然 后将机器人出发点作为蚁巢位置 , 路径规划最终 目标点作为蚁群食物源 , 过蚂 蚁间相互协作找到一条避 开障碍物的最优 通 机器人移动路径 。仿真实验 结果证 明, 蚁群算法的路径规划方法提高 了机器人路径规 划的效率 , 能在最短时 间找 到机器 人 路径规划最优解 , 且能安全避开 障碍物 , 为优化设计提供 了依据 。
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基于蚁群算法的路径规划研究路径规划是指在给定起点和终点的情况下,找出一种最优的路线,
使得行进距离最短或时间最短。

对于传统的路径规划方法,需要准确
地知道各个地点之间的路况和距离等信息,而这些信息对于许多实际
情况来说并不容易获取。

而基于蚁群算法的路径规划方法是一种新的
解决方案,它可以在缺乏精确信息的情况下,通过模拟蚂蚁在寻找食
物时的行为来实现路径规划。

1. 蚁群算法的原理
蚁群算法是一种群体智能算法,是模拟蚂蚁在寻找食物时的行为而
发展起来的。

蚂蚁会释放信息素来引导同伴找到食物,并在路上不断
释放信息素和蒸发信息素,来标识出一条食物路径。

这样,越来越多
的蚂蚁会选择走这条路径,从而形成一种“正向反馈”的机制。

在蚁群算法中,将路径规划问题转化为了蚂蚁在寻找食物时的行为。

每个蚂蚁相当于在搜索空间中寻找最优解,记录下走过的路径以及该
路径上信息素的浓度。

蚂蚁在选择下一个节点时,会根据节点信息素
浓度和路径长度综合决策,通过轮盘赌算法确定走向下一个节点的概率。

每只蚂蚁走完路径后,会释放信息素,并以一定的蒸发速率来控
制信息素的浓度更新。

最终,蚂蚁群体会在信息素的引导下走出最优
路径。

2. 蚁群算法的优缺点
相较于传统的路径规划方法,蚁群算法具有以下优点:
(1)能够应对复杂的搜索空间,可以在缺少全局信息时快速找到
一定程度上的最优解;
(2)由于采用了迭代优化过程,可以不断优化路径,逐步趋近最
优解;
(3)仿生学原理,具有启发式搜索的特点,能够较好地解决多个
目标相互制约的情况。

但是,蚁群算法也存在一些缺点:
(1)需要调整算法参数,否则可能会影响搜索效率和结果准确性;
(2)易陷入局部最优解,无法保证找到全局最优解;
(3)在搜索空间较大时,耗时较长。

3. 蚁群算法在路径规划中的应用
在路径规划领域,蚁群算法已被广泛应用。

例如,在地图路径规划中,可以将道路网格化表示,将每个节点看做一个城市,每条边看做
城市间的路径,通过蚁群算法搜索寻找起点到终点的最优路径;在自
动避障系统中,将每个点看做一个障碍物,根据避障策略,通过蚁群
算法来找出避开障碍物的最短路径等。

4. 结语
蚁群算法是一种高效的路径规划方法,能够在缺乏全局信息、搜索
空间复杂的情况下找到一定程度上的最优解。

在未来的研究和应用中,
我们可以进一步探索蚁群算法在路径规划中的应用,不断优化算法,提升其搜索效率和准确性。

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