遺傳算法的機器人控制系統優化設計作用論文

摘要:遺傳算法作為一種建立在自然界生命進化機制基礎上的一種搜索優化方法，在機器人控制領域中有着十分重要的應用意義，通過分析遺傳算法概念、原理及優點，並不斷找出機器人控制領域的應用方法，為未來機器人控制發展指明方向.

關鍵詞:遺傳算法;機器人;控制系統;設計研究

遺傳算法是一種借鑑了自然界中生物自身進化機制與發展機制的隨機化搜索算法，其將適者生存這一概念深入應用到算法結構中，整體採用鏈式結構，並在鏈式結構之間進行有機的隨機信息交換，隨着算法的不斷運行，優秀的品質得以保留，於此相關的優秀個體，得以進一步的發展。遺傳算法在機器人控制領域有着十分重要的應用意義，能夠不斷優化對機器人的控制方法，使得機器人在智能成長方面產生獨特優勢。

1遺傳算法優點

遺傳算法有着諸多優點，與其他算法相比，主要分為以下幾個方面。首先，遺傳算法在求解過程中操作對象，是由參數編碼形成的染色體串，而不是一般算法作用的參數本身，遺傳算法不受問題的性質限制，能夠直接對對象所聯繫的染色體串概念進行操作，對於集合、隊列、樹、圖等結構有着更加直觀方便的觀察，因此，遺傳算法可以有着十分廣泛的應用。遺傳算法在解決問題時，是從空間中的一羣點開始進行操作，其可以對空間中一部分區域進行分析總結，並生成羣體進化序列，這樣能夠有效防止在搜索過程中出現局部最優解的情況，能夠最大程度的顧全全局。另外遺傳算法中的概率轉變規則，也使得其在進行空間信息搜索時，能夠有效利用概率來指導搜索方向，相比於傳統算法搜索來説有着更高的搜索效率。遺傳算法在使用過程中有着隱含的並行性特點，其在進行問題搜索解決時，能夠運用較少的串來檢驗較大數量區域的整體特性，這使得遺傳算法能夠更方便、更簡單的使用並行機制來進行高速運算，對於一般的計算機運算芯片來説，有效的提高運算效率。傳統算法使用並不存在這一優勢，另外遺傳算法對於問題依賴性十分小，遺傳算法方法主要是使用問題的適應度函數值這一信息來源進行問題答案求解，與其他算法相比，並不需要輔助信息的幫助。如果問題函數值中並不包含所需具體信息，遺傳算法也可以在其他方面找到所需的適應度函數值，進而獲得問題的進一步求解。整體來説，遺傳算法與其他算法相比，更適合進行大規模複雜問題的優化求解。

2遺傳算法控制系統優化設計方法

用遺傳算法進行問題解決，一般步驟是表示問題、選擇巡遊參數編碼方式、產生羣體、計算適應度函數值、選擇、複製、交叉、變異、終止。在這一整個過程中，都參考了達爾文進化論中的自然選擇生物循環機制，並且將待優化的問題，通過空間映射為生物染色體的方法來使得遺傳算法能夠隨機產生若干代表優化問題候選解的羣體，並按照特定的環境深度對各個羣體進行評估，最終選擇優秀的能夠繼承適應的個體進行向下傳遞，實現進化。最終獲得特定環境下的問題最優解。通過這方面可以瞭解到，在進行機器人控制中對於機器人控制的以下幾個方面有着很好的優化指導作用。

2.1機器人步態優化

機器人的步態控制是一個有着諸多變量，強耦合、非線性的複雜力學系統，在機器人動態步行設計過程中，如何對其平衡性以及步伐控制進行設計，有着十分繁瑣的分析，傳統的方法進行步行控制設計，往往需要依賴設計者的主觀經驗和直覺，新型化的模型也使得其結果並非最優。即使一部分算法滿足了步行設計標準，但限制了機器人在不同環境下的步行能力，用遺傳算法。在一定約束條件下，諸如限制其步行速度和步幅，進而建立合適的適應度函數，將機器人的走路問題轉化為參數搜索問題，融合遺傳算法中的隱含並行性，進行非線性的問題解決，最終得到不同約束條件下的最優行走方法。

2.2機器人關節空間運動優化

機器人關節空間自由運動規劃是一個有着巨大挑戰性的問題，其主要表現在兩個方面，一是需要藉助通用的方法來處理諸多運動學力學的約束問題，另外它需要使用高效算法在十分複雜且龐大的空間結構中，構建自由軌跡，來保證機器人運動的準確、穩定。雖然在機器人關節運動在控制研究過程中，有學者使用最優控制理論解決一些問題，但自由控制理論並不能解決高度耦合、高度非線性的機器人動力學模型，使得結果雖然是最優解，但並非最適合實際情況。在遺傳算法下的，處理大規模運動力學和控制約束問題，能夠實現更好的性質，並且龐大的複雜軌跡空間中非線性的檢索方法，也能夠儘可能的找出最優的運動軌跡，保證軌跡連續、速度連續。

2.3多機器人路徑協調

多機器人協同工作是未來機器人控制中的重要方面，機器人路徑規劃是指在一定工作空間內為機器人，實現不同任務所提供的高效安全的`運動路徑，在實際應用過程中，每個機器人都需要有特定的準確路徑，通常使用原則是提醒人所行走的路徑長度最短，消耗能量最少，使用時間最多，以往的算法提出可視圖人工勢場等等能夠在一定程度上解決機器人路徑協調問題，但容易使得部分機器人停滯不前，全球上降低了機器人的工作效率。應用遺傳算法來調整路徑點要通過，事先規劃好的工作空間路徑點鏈接圖進行建模，在此基礎上應用遺傳算法調整路徑節點，進而一步一步得到較優的行走路徑，逐層傳遞的非線性二進制路線編碼機器人在行走時能夠逐步的解決路線問題，更好的符合現實中機器人錄像協調問題規劃需要。

3結語

遺傳算法充分考慮自然界生物自身行為進化方式的諸多內容，所以在進行機器人控制時，對於機器人的行為控制也能夠將其與自然界生物行為相聯繫，從某些方面使其更適應實際情況當中的問題解決。遺傳算法對於機器人控制設計，只要能夠更好的解決多機器人路徑，協調機器人自身運動協調等等方面的問題，通過深入分析遺傳算法，未來機器人控制還會有着更為長遠的應用空間。遺傳算法在諸多方面都有着自身所特有的優勢，儘管在一些方面其並不適合直接的數學方法分析，但對於邏輯行為的指導有着巨大的帶動意義，尤其是在機器人行為控制上，能夠推動工業機器人的功能性。

參考文獻

[1]丁度坤,謝存禧,張鐵,蔣賢海.遺傳算法在工業機器人控制中應用研究[J].機械設計與製造,2009(03):13-16.

[2]吳婷,張禮兵.基於自適應遺傳算法自優化的機器人控制策略[J].自動化與儀器儀表,2015(06):30-32.