基于势场蚁群算法的无人工程机械路径规划

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在工业4.0的大背景下,工程机械的使用率迅速提高。随制造能力进步及现代项目施工集群化、安全化的要求,无人驾驶技术成为工程机械的一个主要发展方向。路径规划作为无人驾驶领域的关键技术之一,在国内外已悄然兴起,但传统路径规划方法在无人工程机械的应用上并不契合。本文以无人工程机械为研究对象,对多智能算法融合的工程机械路径规划问题进行了研究,主要工作如下:首先,本文详细介绍分析了无人工程机械的工作环境特点,确定了基于栅格地图的环境地图建模以对障碍物及可行区域进行精确表达。对可能出现的未充满栅格及陷阱栅格分别进行了膨化和填充处理,为无人工程机械的路径规划提供准确、有效的环境信息。其次,将人工势场法应用于无人工程机械的复杂环境局部路径规划,针对人工势场算法的不可达及路径曲折等问题分别提出了斥力场函数改进、前进方向角度设置等改进方法,并通过MATLAB仿真验证了算法改进效果。然后,对蚁群法的原理及数学模型进行了介绍,分析了其应用于复杂环境地图全局路径规划中的缺陷,通过引入伪随机比例转移及信息素释放规则完善了算法;结合势场力形成综合启发信息,提高了前期迭代速度及收敛速度;引入势场力权重系数,前期势场力主导算法搜索,提高迭代效率,后期蚁群算法启发信息主导,改善了局部最优等问题;通过MATLAB仿真实验,验证了其具备良好的收敛速度与精度。最后,系统展示了所开发上位机界面,通过对项目管理、工程机械群管理等不同模块的详细介绍,为算法使用及项目监控管理等提供统一平台,为智能化工程机械群协同施工打下良好基础。
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