基于免疫遺傳的機(jī)器人路徑規(guī)劃【開(kāi)題報(bào)告】

1、1畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告電氣工程與自動(dòng)化電氣工程與自動(dòng)化基于免疫遺傳的機(jī)器人路徑規(guī)劃基于免疫遺傳的機(jī)器人路徑規(guī)劃一、選題的背景與意義機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多功能于一體的的綜合復(fù)雜系統(tǒng)。它集中了計(jì)算機(jī)工程、機(jī)械工程、人工智能、控制論以及仿生學(xué)等多學(xué)科的科研成果，代表著機(jī)電一體化的最高成就，同樣也是20世紀(jì)自動(dòng)控制最具有說(shuō)服力的成就，是當(dāng)代最高意義上的自動(dòng)化。自從1959年，機(jī)器人之父約瑟夫?恩格

2、爾伯格推出第一款機(jī)器人以來(lái)，出現(xiàn)了各種各樣的機(jī)器人，機(jī)器人性能也不斷的在完善，它們?cè)谵r(nóng)業(yè)、工業(yè)、航天以及空間探測(cè)等許多領(lǐng)域發(fā)揮著非常重要的作用。先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展代表著一個(gè)國(guó)家的綜合科技實(shí)力和水平，目前許多發(fā)達(dá)國(guó)家，甚至一些發(fā)展中國(guó)家都已將機(jī)器人技術(shù)列為二十一世紀(jì)高新技術(shù)發(fā)展計(jì)劃。移動(dòng)機(jī)器人是一種具有自規(guī)劃、自組織和自適應(yīng)能力并能夠在復(fù)雜環(huán)境下正常完成所要求工作的機(jī)器人。導(dǎo)航技術(shù)是反映移動(dòng)式機(jī)器人自主能力的關(guān)鍵問(wèn)題之一，也是其實(shí)現(xiàn)真正

3、智能化和完全自主移動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)質(zhì)上我們可將導(dǎo)航問(wèn)題描述為這樣三個(gè)問(wèn)題：“我現(xiàn)在在哪里”、“我要去哪里”以及“應(yīng)該用什么方法去我想去的地方”。而這三個(gè)問(wèn)題可由兩級(jí)規(guī)劃完成，即局部規(guī)劃和全局規(guī)劃。其中第一個(gè)和第三個(gè)問(wèn)題，即機(jī)器人目標(biāo)制導(dǎo)和路徑跟蹤問(wèn)題，可由局部規(guī)劃解決。第二個(gè)問(wèn)題，即將全局大任務(wù)分解成局部子任務(wù)，通過(guò)不斷完成這些子任務(wù)最終達(dá)到全局目標(biāo)的問(wèn)題，可由全局規(guī)劃完成。全局規(guī)劃一般是建立在已知環(huán)境信息的基礎(chǔ)上，適應(yīng)范圍相當(dāng)有限；局

4、部規(guī)劃能適應(yīng)于不確定環(huán)境的情況，但其對(duì)規(guī)劃系統(tǒng)的品質(zhì)要求較高并且具有有時(shí)反應(yīng)不及時(shí)的缺點(diǎn)。通過(guò)上述描述可知，機(jī)器人路徑規(guī)劃是機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)中不可或缺的重要組成部分，它要求機(jī)器人根據(jù)給予的指令及周圍環(huán)境信息在滿足某個(gè)或某些性能指標(biāo)（如距離、時(shí)間、能量、工作代價(jià)等）條件下，自主選定一條從起始點(diǎn)到達(dá)任務(wù)目標(biāo)點(diǎn)的無(wú)碰障最優(yōu)或次路徑。它是移動(dòng)機(jī)器人完成任務(wù)的安全保障。傳統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法在解決機(jī)器人路徑規(guī)劃問(wèn)題時(shí)缺乏自適應(yīng)性和魯棒性，計(jì)算量大且復(fù)雜

5、，很難得到最優(yōu)路徑。遺傳算法由于其并行隨機(jī)搜索的特點(diǎn)，在解決路徑規(guī)劃問(wèn)題時(shí)有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，取得了一定的成果。但其仍存在缺乏指導(dǎo)性，易產(chǎn)生無(wú)效路徑，收斂速度慢，易早熟等問(wèn)題，無(wú)法有效保證路徑規(guī)劃的計(jì)算效率。為了進(jìn)一步提高遺傳算法在路徑規(guī)劃中的搜索精度和收斂速度，應(yīng)用基于免疫遺傳算法的路徑3(2)用尺寸相同的柵格對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行劃分。若柵格包含有障礙物，則稱為障礙柵格，并用數(shù)字“1”標(biāo)示；否則，稱之為自由柵格，并用數(shù)字“0”標(biāo)示；(3)由于環(huán)境

6、是靜態(tài)的，所以機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中障礙物的大小和位置都是不變的。在大多數(shù)文獻(xiàn)中，對(duì)柵格進(jìn)行標(biāo)識(shí)時(shí)要么使用直角坐標(biāo)法，要么使用序號(hào)法。而此處，將會(huì)使用兩者結(jié)合一起來(lái)標(biāo)識(shí)。因?yàn)橄啾茸鴺?biāo)法，序號(hào)法占有的內(nèi)存很少，便于在遺傳操作中使用。另一方面，直角坐標(biāo)法在描述柵格之間的相對(duì)位置，計(jì)算路徑長(zhǎng)度及檢驗(yàn)路徑可行性方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)。下面給出直接坐標(biāo)法和序號(hào)法轉(zhuǎn)換關(guān)系：（1）12%XNnYNn??上式中，和分別表示指定柵格的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，表示該柵格的