一種基於彈性繩運動性質的三維空間路徑規劃方法
2023-07-04 02:18:06 3
專利名稱：一種基於彈性繩運動性質的三維空間路徑規劃方法
技術領域：
本發明屬於計算智能技術領域，通過模擬空間彈性繩在障礙環境下運動提出一種三維空問路徑規劃方法。
背景技術：
隨著海空事業的發展，三維路徑規劃越來越受到人們的重視，其在資源與時間的有效利用上起著至關重要的作用。但已有的路徑規劃方法多是針對二維空間提出的，現有的三維空問路徑規劃方法多是二維方法向三維方法的推廣，由於三維空間的複雜度提高， 在由二維向三維推廣過程中必會帶來諸多問題，如現已採用的針對三維空間路徑規劃方法人工勢場法、A*搜索法、基於案例的推理法和遺傳算法等，其中勢場法不可避免的會陷於局部最小，而且當採用複雜的優化準則時，勢場法不能直接的加以推廣；A*算法能夠用於高維問題，但隨著維數的增加，A*算法的時空要求將很難得到滿足；基於案例推理的方法根據局部的障礙物調整路徑，有時不能獲得全局最優的路徑；遺傳算法採用隨機的方式產生初始路徑，利用遺傳算子操作不斷的對路徑進行改進。當環境條件比較簡單時，算法可以完成規劃，當環境複雜時，算法將很難找到一條滿足約束條件的可行路徑。這些問題是算法的構造上的，要想很好的解決，需要新理論新方法的提出。
發明內容
針對現有技術中存在的問題，本專利提出了一種基於彈性繩運動性質的三維空間路徑規劃方法，該方法的尋找空間路徑的思想，來源於現實世界中彈性繩的運動性質，一根兩端固定的彈性繩，任意給彈性繩一個初始位置，在空氣的阻尼力、障礙物的支持力和自身的彈力作用下，它總是會穩定到可能運動到的最短的空間位置上，那麼彈性繩穩定時的空間位置便是一條較理想的空間路徑。本發明提出一種基於彈性繩運動性質的三維空問路徑規劃方法，具體包括以下幾個步驟(下述符號pi表示向量的模長)步驟一初始化尋迴環境和參數設彈性繩上點為{AJ，發生一次移動後為W J，(i = 1，2，. . . η)，η為彈性繩上點的個數，η ^ 3 ；空間中起點和終點的坐標分別為Ai、An，起點和終點的位移始終為零；障礙
物的球心和半徑分別為{0」}，{Rj} (j = 1，2，... m)，障礙物的個數m彡0 ；阻力係數k e (0，
R1
1)。用於判斷彈性繩和障礙物是否相鄰的閥值參數ξ為
權利要求
1. 一種基於彈性繩運動性質的三維空間路徑規劃方法，其特徵在於具體包括以下幾個步驟步驟一設彈性繩上點為{AJ，發生一次移動後為W J, (i = 1,2, ...η), η為彈性繩上點的個數，η > 3 ；空間中起點和終點的坐標分別為Ai、An，起點和終點的位移始終為零； 障礙物的球心和半徑分別為10」}，{Rj}，(j = 1，2，. . . m)，障礙物的個數m彡0，k為阻力係數；判斷彈性繩和障礙物是否相鄰的閥值參數為ξ，判斷是否平衡的迭代停止閥值為ζ ；步驟二令
2.根據權利要求1一種基於弾性繩運動性質的三維空間路徑規劃方法，其特徵在於 所述的阻力係數k的取值為k G (0，1)。
3.根據權利要求1一種基於弾性繩運動性質的三維空間路徑規劃方法，其特徵在於 所述的用於判斷彈性繩和障礙物是否相鄰的閥值參數I為
4.根據權利要求1一種基於弾性繩運動性質的三維空間路徑規劃方法，其特徵在於所述的判斷是否平衡的迭代停止閥值ζ為0為常數，η為彈性繩上點的個C*n數，為尋路起點到終點的距離。
全文摘要
本發明提出一種基於彈性繩運動性質的三維空間路徑規劃方法，包括初始化尋迴環境和參數、計算彈性繩上的點受彈性繩作用引起的位移、計算彈性繩上的點受彈性繩和障礙物作用引起的位移、計算移動後的位置、判斷彈性繩上所有點均是否均發生了一次運動和判斷彈性繩是否達到平衡位置等幾個步驟。本發明提出的一種基於彈性繩運動性質的三維空間路徑規劃方法，相對於其它路徑規劃方法運算量小，尋路速度快；環境表示簡單，只要知道障礙物表面指向障礙物外的法線方向即可，且不需要將空間分割成單元格的形式，所找到的路徑平滑性，準確性更好。
文檔編號G06T19/00GK102306399SQ20111020640
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月22日 優先權日2011年7月22日
發明者劉利強, 戴運桃, 範志超 申請人:哈爾濱工程大學