專利名稱：一種基于彈性繩運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的三維空間路徑規(guī)劃方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算智能技術(shù)領(lǐng)域，通過模擬空間彈性繩在障礙環(huán)境下運(yùn)動(dòng)提出一種三維空問路徑規(guī)劃方法。
背景技術(shù)：
隨著海空事業(yè)的發(fā)展，三維路徑規(guī)劃越來越受到人們的重視，其在資源與時(shí)間的有效利用上起著至關(guān)重要的作用。但已有的路徑規(guī)劃方法多是針對(duì)二維空間提出的，現(xiàn)有的三維空問路徑規(guī)劃方法多是二維方法向三維方法的推廣，由于三維空間的復(fù)雜度提高， 在由二維向三維推廣過程中必會(huì)帶來諸多問題，如現(xiàn)已采用的針對(duì)三維空間路徑規(guī)劃方法人工勢(shì)場(chǎng)法、A*搜索法、基于案例的推理法和遺傳算法等，其中勢(shì)場(chǎng)法不可避免的會(huì)陷于局部最小，而且當(dāng)采用復(fù)雜的優(yōu)化準(zhǔn)則時(shí)，勢(shì)場(chǎng)法不能直接的加以推廣；A*算法能夠用于高維問題，但隨著維數(shù)的增加，A*算法的時(shí)空要求將很難得到滿足；基于案例推理的方法根據(jù)局部的障礙物調(diào)整路徑，有時(shí)不能獲得全局最優(yōu)的路徑；遺傳算法采用隨機(jī)的方式產(chǎn)生初始路徑，利用遺傳算子操作不斷的對(duì)路徑進(jìn)行改進(jìn)。當(dāng)環(huán)境條件比較簡(jiǎn)單時(shí)，算法可以完成規(guī)劃，當(dāng)環(huán)境復(fù)雜時(shí)，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(gòu)造上的，要想很好的解決，需要新理論新方法的提出。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本專利提出了一種基于彈性繩運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的三維空間路徑規(guī)劃方法，該方法的尋找空間路徑的思想，來源于現(xiàn)實(shí)世界中彈性繩的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，一根兩端固定的彈性繩，任意給彈性繩一個(gè)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(huì)穩(wěn)定到可能運(yùn)動(dòng)到的最短的空間位置上，那么彈性繩穩(wěn)定時(shí)的空間位置便是一條較理想的空間路徑。本發(fā)明提出一種基于彈性繩運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的三維空問路徑規(guī)劃方法，具體包括以下幾個(gè)步驟(下述符號(hào)pi表示向量的模長(zhǎng))步驟一初始化尋回環(huán)境和參數(shù)設(shè)彈性繩上點(diǎn)為{AJ，發(fā)生一次移動(dòng)后為W J，(i = 1，2，. . . η)，η為彈性繩上點(diǎn)的個(gè)數(shù)，η ^ 3 ；空間中起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)分別為Ai、An，起點(diǎn)和終點(diǎn)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(gè)數(shù)m彡0 ；阻力系數(shù)k e (0，
R1
1)。用于判斷彈性繩和障礙物是否相鄰的閥值參數(shù)ξ為
權(quán)利要求
1. 一種基于彈性繩運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的三維空間路徑規(guī)劃方法，其特征在于具體包括以下幾個(gè)步驟步驟一設(shè)彈性繩上點(diǎn)為{AJ，發(fā)生一次移動(dòng)后為W J, (i = 1,2, ...η), η為彈性繩上點(diǎn)的個(gè)數(shù)，η > 3 ；空間中起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)分別為Ai、An，起點(diǎn)和終點(diǎn)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(gè)數(shù)m彡0，k為阻力系數(shù)；判斷彈性繩和障礙物是否相鄰的閥值參數(shù)為ξ，判斷是否平衡的迭代停止閥值為ζ ；步驟二令
2.根據(jù)權(quán)利要求1一種基于弾性繩運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的三維空間路徑規(guī)劃方法，其特征在于 所述的阻力系數(shù)k的取值為k G (0，1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1一種基于弾性繩運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的三維空間路徑規(guī)劃方法，其特征在于 所述的用于判斷彈性繩和障礙物是否相鄰的閥值參數(shù)I為
4.根據(jù)權(quán)利要求1一種基于弾性繩運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的三維空間路徑規(guī)劃方法，其特征在于所述的判斷是否平衡的迭代停止閥值ζ為< =Li，C2 >0為常數(shù)，η為彈性繩上點(diǎn)的個(gè)C*n數(shù)，為尋路起點(diǎn)到終點(diǎn)的距離。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于彈性繩運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的三維空間路徑規(guī)劃方法，包括初始化尋回環(huán)境和參數(shù)、計(jì)算彈性繩上的點(diǎn)受彈性繩作用引起的位移、計(jì)算彈性繩上的點(diǎn)受彈性繩和障礙物作用引起的位移、計(jì)算移動(dòng)后的位置、判斷彈性繩上所有點(diǎn)均是否均發(fā)生了一次運(yùn)動(dòng)和判斷彈性繩是否達(dá)到平衡位置等幾個(gè)步驟。本發(fā)明提出的一種基于彈性繩運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的三維空間路徑規(guī)劃方法，相對(duì)于其它路徑規(guī)劃方法運(yùn)算量小，尋路速度快；環(huán)境表示簡(jiǎn)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(zhǔn)確性更好。
文檔編號(hào)G06T19/00GK102306399SQ20111020640
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者劉利強(qiáng), 戴運(yùn)桃, 范志超 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)