为解决移动机器人在复杂地形场景的路径规划中易陷入局部最优和收敛速度慢等问题,提出了一种多策略集成的增强型人工大猩猩算法(enhanced artificial gorilla troops optimizer with integration of quadratic interpolation and elite ...为解决移动机器人在复杂地形场景的路径规划中易陷入局部最优和收敛速度慢等问题,提出了一种多策略集成的增强型人工大猩猩算法(enhanced artificial gorilla troops optimizer with integration of quadratic interpolation and elite individual genetic strategies,QGGTO)。融合二次插值策略和精英个体遗传策略,促进候选解之间的信息交流以加速收敛,并维持种群遗传多样性以避免局部最优。针对包含规则障碍物和不规则障碍物的复杂地形场景,构建了综合考虑行走距离、安全性和转向角度的成本函数,用于统一评估算法的路径规划性能。实验结果表明:QGGTO整体寻优性能优于GTO等7种竞争算法。在4种复杂障碍环境下,QGGTO能够辅助机器人规划出最接近全局最优的路径,验证了其在实际应用中的有效性。展开更多
为了实现机器人焊接的免示教路径规划,结合深度学习与点云处理技术,开发了一种高效、稳定的焊缝智能识别算法.首先,采用ETH(Eye-to-hand)构型的工业级3D相机获取焊件周围的二维图像和3D点云模型,利用预先训练的YOLOv8目标检测模型识别...为了实现机器人焊接的免示教路径规划,结合深度学习与点云处理技术,开发了一种高效、稳定的焊缝智能识别算法.首先,采用ETH(Eye-to-hand)构型的工业级3D相机获取焊件周围的二维图像和3D点云模型,利用预先训练的YOLOv8目标检测模型识别焊件所在的ROI区域(region of interest,ROI),模型识别精度为99.5%,从而实现快速剔除背景点云,并基于RANSAC平面拟合、欧式聚类等点云处理算法,对ROI区域的三维点云进行焊缝空间位置的精细识别;最后根据手眼标定结果转化为机器人用户坐标系下的焊接轨迹.结果表明,文中所开发的算法可实现随机摆放的焊缝自动识别和焊接机器人路径规划,生成的轨迹与人工示教轨迹效果相当,偏差在0.5 mm以内.展开更多
为解决快速扩展随机树算法(rapid-exploration random tree,RRT*)在三维环境中盲目搜索路径以及缺乏节点扩展记忆性等问题,提出一种融合蚁群算法的双向搜索算法ACO-RRT*。为适应精细化三维建模环境和解决地面起伏不平坦等问题,对RRT*算...为解决快速扩展随机树算法(rapid-exploration random tree,RRT*)在三维环境中盲目搜索路径以及缺乏节点扩展记忆性等问题,提出一种融合蚁群算法的双向搜索算法ACO-RRT*。为适应精细化三维建模环境和解决地面起伏不平坦等问题,对RRT*算法进行改进优化。采用双向搜索策略,在起点和终点同时运行改进后的RRT算法和蚁群算法,相向而行,对路径长度和运行时间进行优化。针对生成路径不够平滑等问题,引入B样条曲线平滑策略优化路径。仿真结果表明,所提算法能够有效用于机器人三维路径规划。展开更多
深度强化学习(DRL)已被成功应用于移动机器人路径规划中,基于DRL的移动机器人路径规划算法适用于高维环境,是实现移动机器人自主学习的重要方法。而训练DRL模型需要大量的环境交互经验,这意味着更高的计算成本。此外,DRL算法的经验池容...深度强化学习(DRL)已被成功应用于移动机器人路径规划中,基于DRL的移动机器人路径规划算法适用于高维环境,是实现移动机器人自主学习的重要方法。而训练DRL模型需要大量的环境交互经验,这意味着更高的计算成本。此外,DRL算法的经验池容量有限,无法确保经验的有效利用。作为类脑计算重要工具之一的脉冲神经网络(Spiking Neural Networks,SNNs)以其独有的生物似真性,能同时融入时空信息,适用于机器人环境感知及控制。结合SNNs、卷积神经网络(CNNs)和策略融合,针对基于DRL的移动机器人路径规划算法进行研究,完成了以下工作:1)提出SCDDPG(SCDDP)算法。该算法利用CNNs对输入状态进行多通道特征提取,利用SNNs对提取的特征进行时空学习。2)在SCDDPG的基础上,提出SC2DDPG(SC2DDPG)算法。SC2DDPG通过设计状态约束策略对机器人运行状态进行约束,避免了不必要的环境探索,提升了SC2DDPG中DRL的收敛速度。3)在SCDDPG的基础上,提出了PFTDDPG(Policy Fusion and Transfer SCDDPG,PFTDDPG)算法。该算法采用分阶控制模式与DRL算法融合,针对环境中的楔形障碍物实施沿墙行走策略,并引入迁移学习对先验知识进行策略迁移。PFTDDPG算法不仅完成了单纯依靠RL不能完成的路径规划任务,还可以得到最优无碰路径。此外PFTDDPG提升了模型的收敛速度和路径规划性能。实验结果证明了所提出的3种路径规划算法的有效性,对比实验结果表明:在SpikeDDPG,SCDDPG,SC2DDPG和PFTDDPG算法中,PFTDDPG算法在路径规划成功率、训练收敛速度、规划路径长度等性能指标上表现最佳。本工作为移动机器人路径规划提出了新思路,丰富了DRL在移动机器人路径规划中的解决方案。展开更多
文摘为解决移动机器人在复杂地形场景的路径规划中易陷入局部最优和收敛速度慢等问题,提出了一种多策略集成的增强型人工大猩猩算法(enhanced artificial gorilla troops optimizer with integration of quadratic interpolation and elite individual genetic strategies,QGGTO)。融合二次插值策略和精英个体遗传策略,促进候选解之间的信息交流以加速收敛,并维持种群遗传多样性以避免局部最优。针对包含规则障碍物和不规则障碍物的复杂地形场景,构建了综合考虑行走距离、安全性和转向角度的成本函数,用于统一评估算法的路径规划性能。实验结果表明:QGGTO整体寻优性能优于GTO等7种竞争算法。在4种复杂障碍环境下,QGGTO能够辅助机器人规划出最接近全局最优的路径,验证了其在实际应用中的有效性。
文摘为了实现机器人焊接的免示教路径规划,结合深度学习与点云处理技术,开发了一种高效、稳定的焊缝智能识别算法.首先,采用ETH(Eye-to-hand)构型的工业级3D相机获取焊件周围的二维图像和3D点云模型,利用预先训练的YOLOv8目标检测模型识别焊件所在的ROI区域(region of interest,ROI),模型识别精度为99.5%,从而实现快速剔除背景点云,并基于RANSAC平面拟合、欧式聚类等点云处理算法,对ROI区域的三维点云进行焊缝空间位置的精细识别;最后根据手眼标定结果转化为机器人用户坐标系下的焊接轨迹.结果表明,文中所开发的算法可实现随机摆放的焊缝自动识别和焊接机器人路径规划,生成的轨迹与人工示教轨迹效果相当,偏差在0.5 mm以内.
文摘为解决快速扩展随机树算法(rapid-exploration random tree,RRT*)在三维环境中盲目搜索路径以及缺乏节点扩展记忆性等问题,提出一种融合蚁群算法的双向搜索算法ACO-RRT*。为适应精细化三维建模环境和解决地面起伏不平坦等问题,对RRT*算法进行改进优化。采用双向搜索策略,在起点和终点同时运行改进后的RRT算法和蚁群算法,相向而行,对路径长度和运行时间进行优化。针对生成路径不够平滑等问题,引入B样条曲线平滑策略优化路径。仿真结果表明,所提算法能够有效用于机器人三维路径规划。
文摘深度强化学习(DRL)已被成功应用于移动机器人路径规划中,基于DRL的移动机器人路径规划算法适用于高维环境,是实现移动机器人自主学习的重要方法。而训练DRL模型需要大量的环境交互经验,这意味着更高的计算成本。此外,DRL算法的经验池容量有限,无法确保经验的有效利用。作为类脑计算重要工具之一的脉冲神经网络(Spiking Neural Networks,SNNs)以其独有的生物似真性,能同时融入时空信息,适用于机器人环境感知及控制。结合SNNs、卷积神经网络(CNNs)和策略融合,针对基于DRL的移动机器人路径规划算法进行研究,完成了以下工作:1)提出SCDDPG(SCDDP)算法。该算法利用CNNs对输入状态进行多通道特征提取,利用SNNs对提取的特征进行时空学习。2)在SCDDPG的基础上,提出SC2DDPG(SC2DDPG)算法。SC2DDPG通过设计状态约束策略对机器人运行状态进行约束,避免了不必要的环境探索,提升了SC2DDPG中DRL的收敛速度。3)在SCDDPG的基础上,提出了PFTDDPG(Policy Fusion and Transfer SCDDPG,PFTDDPG)算法。该算法采用分阶控制模式与DRL算法融合,针对环境中的楔形障碍物实施沿墙行走策略,并引入迁移学习对先验知识进行策略迁移。PFTDDPG算法不仅完成了单纯依靠RL不能完成的路径规划任务,还可以得到最优无碰路径。此外PFTDDPG提升了模型的收敛速度和路径规划性能。实验结果证明了所提出的3种路径规划算法的有效性,对比实验结果表明:在SpikeDDPG,SCDDPG,SC2DDPG和PFTDDPG算法中,PFTDDPG算法在路径规划成功率、训练收敛速度、规划路径长度等性能指标上表现最佳。本工作为移动机器人路径规划提出了新思路,丰富了DRL在移动机器人路径规划中的解决方案。
