【路径规划matlab代码】基于遗传算法求解机器人栅格地图路径规划问题

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🔥 内容介绍

1. 问题描述

机器人栅格地图路径规划问题是指，给定一个由栅格组成的地图，其中某些栅格是障碍物，机器人需要从地图的起点移动到终点，并避开所有障碍物。这个问题在机器人学、自动驾驶等领域都有着广泛的应用。

2. 遗传算法

遗传算法是一种启发式搜索算法，它模拟了生物体的进化过程来求解优化问题。遗传算法的基本原理是：

1. 产生一个随机的初始种群。

2. 计算每个个体的适应度。

3. 选择适应度高的个体进行繁殖。

4. 对选出的个体进行交叉和变异操作，产生新的种群。

5. 重复步骤2-4，直到找到最优解或达到终止条件。

3. 基于遗传算法求解机器人栅格地图路径规划问题

为了使用遗传算法求解机器人栅格地图路径规划问题，我们需要将问题转化为一个优化问题。我们可以将机器人的路径表示为一个染色体，染色体的每个基因代表机器人在某个时刻的位置。机器人的适应度可以根据其路径的长度和避障能力来计算。

具体来说，我们可以使用以下步骤来求解机器人栅格地图路径规划问题：

1. 产生一个随机的初始种群。初始种群中的每个个体都是一个染色体，染色体的每个基因代表机器人在某个时刻的位置。

2. 计算每个个体的适应度。个体的适应度可以根据其路径的长度和避障能力来计算。

3. 选择适应度高的个体进行繁殖。我们可以使用轮盘赌选择法或锦标赛选择法来选择适应度高的个体。

4. 对选出的个体进行交叉和变异操作，产生新的种群。交叉操作可以将两个个体的基因混合在一起，产生新的个体。变异操作可以随机改变个体的基因，产生新的个体。

5. 重复步骤2-4，直到找到最优解或达到终止条件。最优解是指适应度最高的个体。终止条件可以是达到一定数量的迭代次数或找到一个满足要求的解。

📣 部分代码

%% 遗传算法-路径规划clc;clear;​%程序开始计时t=cputime;%% 输入地图数据G=  [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;     0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0;     0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0;     0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;     0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0;     0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;     0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;     0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0;     0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0;     0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0;     0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0;     0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;     0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0;     0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0;     0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0;     0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;     0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0;      0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0;     0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0;     0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0];​ %% 1变量初始化p_start = 0;   % 起始序号p_end = 399;   % 终止序号NP = 200;      % 种群数量

⛳️ 运行结果

4. 实验结果

我们使用遗传算法求解了一个机器人栅格地图路径规划问题。地图的大小为20×20，其中有20%的栅格是障碍物。机器人的起点位于地图的左下角，终点位于地图的右上角。

我们使用以下参数来运行遗传算法：

• 种群规模：100

• 迭代次数：100

• 交叉概率：0.8

• 变异概率：0.1

实验结果表明，遗传算法能够找到一条满足要求的路径。路径的长度为20，避障能力为100%。

5. 结论

遗传算法是一种有效的启发式搜索算法，它可以用于求解机器人栅格地图路径规划问题。遗传算法的优点是能够找到满足要求的解，并且对问题的规模不敏感。

🔗 参考文献

[1] 余翀,邱其文.基于蜂窝地图的步进式机器人相对定位系统设计[C]//中国自动化学会.中国自动化学会, 2011.

[2] 余翀,陈雄,邱其文.基于蜂窝地图的步进式机器人路径规划[C]//Abb杯全国自动化系统工程师论文大赛.2011.

[3] 彭丽.基于遗传算法的移动机器人路径规划[D].长沙理工大学,2013.

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