[发明专利]一种基于膜计算实现井下机器人路径优化方法

说明书

本发明公开一种基于膜计算实现井下机器人路径优化方法,路径优化方法包括如下步骤：煤矿井下机器人细胞型膜系统构建、构建膜控制器结构、膜算法设计、移动机器人仿真及实验结果分析。本发明机器人路径优化方法通过改变进化代数，机器人移动的速度误差相对较小，具备很好的收敛性，与传统的算法相比较，速度误差较小，膜算法在井下移动机器人速度解算上准确度更高；通过仿真及实验表明，所提膜算法具有快速收敛性和有效性，所设计的装置能够有效解决煤矿井下复杂环境下的巡检问题，以其高效的计算性能和快速的优化性能为煤矿未来精准开采提供了理论支撑和现实应用价值。

技术领域

本发明涉及一种机器人路径优化方法，具体是一种基于膜计算实现井下机 器人路径优化方法。

背景技术

大数据和人工智能技术的快速发展，为煤炭精准开采打开新的局面。形成 智能、无人、安全高效的煤炭开采方法，是煤矿精准开采新形式，达到提升自 动化和智能化水平的同时做到无人下的煤炭安全高效精准开采的目标。利用通 信技术、智能控制技术，围绕煤矿井下复杂的环境，提高煤矿实时在线监测、 风险判识，解决传统灾害预警的不确定性问题，移动机器人是重要的载体。通 过机器人完成煤矿井下实时监控、巡检及搜救工作，让灾害精准预警判别更加 完善，深度融合煤矿智能精准开采的新趋势。然而，移动机器人由于自身的特 性，在煤矿井下复杂环境中，如何让移动机器人完成煤矿井下的巡检任务，进一步发挥移动机器人在煤矿井下应用价值具有重要研究意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于膜计算实现井下机器人路径优化方法，本 发明机器人路径优化方法通过膜计算引入到煤矿井下机器人的优化之中，提高 机器人在井下巡检工作效率和精度；通过改变进化代数，机器人移动的速度误 差相对较小，具备很好的收敛性，与传统的算法相比较，速度误差较小，膜算 法在井下移动机器人速度解算上准确度更高；通过仿真及实验表明，所提膜算 法具有快速收敛性和有效性，所设计的装置能够有效解决煤矿井下复杂环境下 的巡检问题，以其高效的计算性能和快速的优化性能为煤矿未来精准开采提供 了理论支撑和现实应用价值。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于膜计算实现井下机器人路径优化方法,路径优化方法包括如下步 骤：

S1:煤矿井下机器人细胞型膜系统构建。

S1-1：细胞型膜系统中，规则在各自膜内运行，数据可以快速处理，结合 膜计算的并行、分布式特征，构建一个既相互独立有相互协作的数据处理膜系 统，采用细胞型膜系统对煤矿井下移动机器人建模原理及控制过程框架。

S1-2:构建机器人动力学模型。

S1-3：确定机器人的实时位置。

S2:构建膜控制器结构。

S3：膜算法设计

设定节点i和j之间的距离构成矩阵M，TSP就是求解一条通往所有节点且 每个节点经过一次的最短距离，算法以经过各个节点的顺序表述，路径长度为 目标函数，基于所有节点遍历下的约束条件进行种群初始化、交叉、和变异操 作。

S4：移动机器人仿真及实验结果分析

设定用密闭走廊代替煤矿井下巷道，设计了一个针对五个假想障碍物的仿 真环境，该环境中移动机器人的起点和目标点的位置是已知的，根据前期建立 的数学模型，对障碍点进行坐标变换，改进蚁群算法的参数初始化初始化为:M ＝20，最大迭代次数N＝100；利用蚁群膜算法(ACMO)对所建立的可视环境模型进 行路径规划的仿真，为进一步验证构建的细胞型膜系统下的膜算法，取20个节 点标记，依据所设计的膜控制结构和算法，通过改变进化代数。