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基于生物启发神经网络的核辐射场区全覆盖路径规划
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作者 罗昭锦 刘程峰 +6 位作者 贾文宝 单卿 史潮 张建东 黑大千 张晓军 凌永生 《辐射研究与辐射工艺学报》 CAS CSCD 2024年第1期85-98,共14页
核辐射场区全覆盖路径规划对于辐射环境下区域作业者的辐射安全有重要意义。本研究基于生物启发神经网络算法,提出一种进行辐射剂量最优控制的全覆盖路径规划算法。首先,利用福岛核电站部分地形以及蒙特卡罗粒子输运程序分别构建模拟核... 核辐射场区全覆盖路径规划对于辐射环境下区域作业者的辐射安全有重要意义。本研究基于生物启发神经网络算法,提出一种进行辐射剂量最优控制的全覆盖路径规划算法。首先,利用福岛核电站部分地形以及蒙特卡罗粒子输运程序分别构建模拟核辐射场区的障碍物分布和辐射剂量场,然后,采用Python语言进行算法仿真试验,模拟核辐射场区的每一个栅格定义为一个神经元,建立起生物启发神经网络,将栅格剂量率与神经元活性耦合实现路径规划的辐射剂量最优控制,分别采用单个、4个和8个移动单元进行仿真试验。结果表明:单个移动单元的规划路径在实现100%覆盖率,4%覆盖重复率的同时,能够优先覆盖低剂量区,延后覆盖高剂量区,实现了过程剂量和累积剂量的最优控制。为提高全覆盖的时间效率和获得更低的单体累积剂量,对算法进行多单元协同搜索的改进,结果表明:4单元和8单元仿真的覆盖重复率分别为5.72%和6.29%,1单元、4单元和8单元仿真完成全覆盖时间分别为30 min、9 min和4 min,时间效率成倍提高;最大单体累积剂量分别为4.11×10^(-3)mSv、1.28×10^(-3)mSv和0.85×10^(-3)mSv,也在显著降低。本文提出的算法能实现过程剂量和累积剂量最优控制的全覆盖路径规划,另外算法可以协同规划多单元路径,显著降低单体累积剂量,对辐射环境下区域作业的辐射防护有重要意义。 展开更多
关键词 生物启发神经网络 核辐射场区 全覆盖路径规划 多单元协同 剂量控制
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自治水下机器人的自主启发式生物启发神经网络路径规划算法 被引量:32
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作者 朱大奇 刘雨 +1 位作者 孙兵 刘清沁 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期183-191,共9页
针对复杂海流环境下自治水下机器人(autonomous underwater vehicle, AUV)的路径规划问题,本文在栅格地图的基础上给出了一种基于离散的生物启发神经网络(Glasius bio-inspired neural networks, GBNN)模型的新型自主启发式路径规划和... 针对复杂海流环境下自治水下机器人(autonomous underwater vehicle, AUV)的路径规划问题,本文在栅格地图的基础上给出了一种基于离散的生物启发神经网络(Glasius bio-inspired neural networks, GBNN)模型的新型自主启发式路径规划和安全避障算法,并考虑海流对路径规划的影响.首先建立GBNN模型,利用此模型表示AUV的工作环境,神经网络中的每一个神经元与栅格地图中的位置单元一一对应;其次,根据神经网络中神经元的活性输出值分布情况并结合方向信度算法实现自主规划AUV的运动路径;最后根据矢量合成算法确定AUV实际的航行方向.障碍物环境和海流环境下仿真实验结果表明了生物启发模型在AUV水下环境中路径规划的有效性. 展开更多
关键词 栅格地图 生物启发神经网络 运动规划 海流环境 避障
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基于生物启发神经网络的水下坝面表观裂缝检测路径规划算法 被引量:5
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作者 马建业 郑东健 孙建伟 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2022年第6期60-65,85,共7页
为连续获取水下坝面表观长裂缝的局部图像,基于生物启发神经网络设计了一种自治水下机器人水下坝面表观裂缝检测路径规划算法。算法对裂缝走向进行标识,计算出其指向的栅格,并将指向结果通过活性增益的方式应用到路径决策中。通过仿真... 为连续获取水下坝面表观长裂缝的局部图像,基于生物启发神经网络设计了一种自治水下机器人水下坝面表观裂缝检测路径规划算法。算法对裂缝走向进行标识,计算出其指向的栅格,并将指向结果通过活性增益的方式应用到路径决策中。通过仿真试验证实了该算法在保证对检测对象全覆盖的前提下,能够连续获取长裂缝的局部图像,连续度较牛耕法所规划的路径有较大的提升,有助于长裂缝图像拼接。 展开更多
关键词 水下表观裂缝 裂缝检测 图像处理 生物启发神经网络 全覆盖路径规划
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基于生物启发神经网络的多AUV目标搜索 被引量:7
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作者 孙奥林 曹翔 +1 位作者 肖旭 徐丽雯 《舰船电子工程》 2019年第3期32-36,53,共6页
针对多AUV(Autonomous Underwater Vehicle)目标搜索问题,引入生物启发神经网络,提出生物启发多AUV搜索算法。将水下栅格地图与生物启发神经网络相联系,神经网络中每一个神经元与水下栅格地图中的位置单元一一对应,根据该神经网络中神... 针对多AUV(Autonomous Underwater Vehicle)目标搜索问题,引入生物启发神经网络,提出生物启发多AUV搜索算法。将水下栅格地图与生物启发神经网络相联系,神经网络中每一个神经元与水下栅格地图中的位置单元一一对应,根据该神经网络中神经元的在线活性输出值分布情况制定AUV局吸引,同时受障碍物的局部排斥,使AUV性,提高AUV目标搜索的实时性。静态环境和动态环境下仿真结果证明生物启发神经网络在多AUV目标搜索中的有效性。 展开更多
关键词 自治水下机器人 协作目标搜索 生物启发神经网络
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基于改进生物启发神经网络的机器人目标搜索方法 被引量:1
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作者 张智彤 倪建军 莫正佩 《计算机与现代化》 2018年第4期106-110,116,共6页
针对未知环境下机器人目标搜索的问题,按照机器人能力不同对搜索区域进行划分,目标点在自己运动的过程中会在局部范围内留下信息素并且这些信息素会随着时间的流失而减少,机器人可以探测到这些信息素的多少进而影响机器人下一个搜索位... 针对未知环境下机器人目标搜索的问题,按照机器人能力不同对搜索区域进行划分,目标点在自己运动的过程中会在局部范围内留下信息素并且这些信息素会随着时间的流失而减少,机器人可以探测到这些信息素的多少进而影响机器人下一个搜索位置的选择。本文采用改进生物启发神经网络选取机器人探索范围内活性值最大的点作为下一个搜索位置。为了防止在连续的时间段内多次选择相同的点,引入禁忌搜索,把多次选择相同的点放入禁忌表中,可以有效防止陷入局部最优点。与随机搜索方式和原始的生物启发神经网络进行对比,验证了该方法对动态目标的搜索具有良好的效果。 展开更多
关键词 生物启发神经网络 禁忌搜索 信息素 目标搜索
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基于生物启发自组织神经网络的任务分配与路径规划 被引量:7
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作者 刘雨 朱大奇 《系统仿真技术》 2017年第3期230-234,240,共6页
针对自治水下机器人(AUV)系统的任务分配与路径规划问题,提出一种生物启发自组织映射(GBSOM)神经网络任务分配与路径规划算法。根据AUV的水下工作环境建立二维生物启发神经网络(GBNN)模型,神经网络中每一个神经元的活性值与水下栅格地... 针对自治水下机器人(AUV)系统的任务分配与路径规划问题,提出一种生物启发自组织映射(GBSOM)神经网络任务分配与路径规划算法。根据AUV的水下工作环境建立二维生物启发神经网络(GBNN)模型,神经网络中每一个神经元的活性值与水下栅格地图中的位置单元一一对应;使用自组织神经网络(SOM)算法将水下目标分配给一组AUV并确定AUV访问目标点的顺序;在SOM任务分配的基础上根据神经网络中神经元的活性输出值分布情况自主规划AUV下一步的目标点。重复上述3步直至完成所有目标点的访问。最后,通过二维静态与动态环境下的仿真实验证明该算法的有效性。 展开更多
关键词 自治水下机器人(AUV) 生物启发神经网络(GBNN) 自组织神经网络(SOM)算法 任务分配 路径规划
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基于生物启发神经网络和DMPC的多机器人协同搜索算法 被引量:8
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作者 张方方 陈波 +2 位作者 班旋旋 霍本岩 彭金柱 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2021年第11期2699-2706,共8页
针对多机器人在未知区域的覆盖搜索问题,提出一种基于生物启发神经网络和分布式模型预测控制(DMPC)的多机器人协同搜索算法.利用栅格地图表示未知区域,基于栅格地图建立生物启发神经网络来表示动态搜索环境,生物启发神经网络中未搜索栅... 针对多机器人在未知区域的覆盖搜索问题,提出一种基于生物启发神经网络和分布式模型预测控制(DMPC)的多机器人协同搜索算法.利用栅格地图表示未知区域,基于栅格地图建立生物启发神经网络来表示动态搜索环境,生物启发神经网络中未搜索栅格的神经元活性值大于已搜索栅格和障碍物栅格.在此基础上,为了平衡机器人覆盖搜索过程中的短期收益和长期收益,避免后期陷入局部最优,引入DMPC作为决策方法.选择预测周期内机器人所覆盖栅格的神经元活性值增量作为主要激励函数,引导机器人向未覆盖区域搜索,并采用差分进化算法(DE)进行优化求解,得到最优解.最后通过设计仿真实验验证了所提出方法的有效性和优越性. 展开更多
关键词 多机器人 栅格地图 生物启发神经网络 分布式模型预测控制
原文传递
基于改进神经网络的多AUV全覆盖路径规划 被引量:17
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作者 朱大奇 朱婷婷 颜明重 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1505-1514,共10页
针对三维环境下的多自主水下机器人(AutonomousUnderwaterVehicle,AUV)全覆盖路径规划问题,提出一种基于改进神经网络—Glasius生物启发神经网络(GlasiusBio-inspiredNeural Network,GBNN)的全覆盖路径规划算法。对AUV的水下工作环境构... 针对三维环境下的多自主水下机器人(AutonomousUnderwaterVehicle,AUV)全覆盖路径规划问题,提出一种基于改进神经网络—Glasius生物启发神经网络(GlasiusBio-inspiredNeural Network,GBNN)的全覆盖路径规划算法。对AUV的水下工作环境构建离散的三维栅格地图;根据栅格地图,建立相对应的三维GBNN模型;根据GBNN活性值的动态变化,AUV规划各自的搜索路径,对水下任务区域进行全覆盖搜索。仿真结果表示,多AUV可以协同完成覆盖搜索任务,能够自动避开各类静态和动态的障碍物,自动逃离路径的死锁区。 展开更多
关键词 多AUV 三维环境 全覆盖路径规划 Glasius生物启发神经网络
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海流环境下多AUV多目标生物启发任务分配与路径规划算法 被引量:3
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作者 刘晨霞 朱大奇 +1 位作者 周蓓 顾伟 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期2100-2107,共8页
针对多障碍物海流环境下多自治水下机器人(AUV)目标任务分配与路径规划问题,本文在栅格地图构建的基础上给出了一种基于生物启发神经网络(BINN)模型的新型自主任务分配与路径规划算法,并考虑海流对路径规划的影响.首先建立BINN模型,利... 针对多障碍物海流环境下多自治水下机器人(AUV)目标任务分配与路径规划问题,本文在栅格地图构建的基础上给出了一种基于生物启发神经网络(BINN)模型的新型自主任务分配与路径规划算法,并考虑海流对路径规划的影响.首先建立BINN模型,利用此模型表示AUV的工作环境,神经网络中的每一个神经元与栅格地图中的位置单元一一对应;接着,比较每个目标物在BINN地图中所有AUV的活性值,并选取活性值最大的AUV作为它的获胜AUV,实现多AUV任务分配;最后,考虑常值海流影响,根据矢量合成算法确定AUV实际的航行方向,实现AUV路径规划与安全避障.海流环境下仿真实验结果表明了生物启发模型在多AUV水下任务分配与路径规划中的有效性. 展开更多
关键词 生物启发神经网络(BINN)模型 任务分配 路径规划 海流环境 安全避障
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基于生物启发反步级联控制方法的多AUV主从式编队 被引量:2
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作者 王佳丽 曹翔 《淮阴师范学院学报(自然科学版)》 CAS 2018年第1期22-26,共5页
研究了自治水下机器人(AUV)在三维环境中主从式编队控制问题,提出一种基于生物启发反步级联控制方法.该方法利用领航者的位置信息以及期望的队形得到虚拟AUV的航行轨迹和速度信息,引入反步控制实现跟随AUV对虚拟AUV的轨迹跟踪,实现三维... 研究了自治水下机器人(AUV)在三维环境中主从式编队控制问题,提出一种基于生物启发反步级联控制方法.该方法利用领航者的位置信息以及期望的队形得到虚拟AUV的航行轨迹和速度信息,引入反步控制实现跟随AUV对虚拟AUV的轨迹跟踪,实现三维水下编队控制;利用生物启发神经网络有界性的特点,解决了速度跳变以及由此引起的驱动饱和问题.仿真结果表明,该方法实现了预期控制效果,并且有较好的有效性和实用性. 展开更多
关键词 自治水下机器人 主从式编队控制 生物启发神经网络 反步控制
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基于改进A^*GBNN算法的AUV路径规划 被引量:4
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作者 郝启润 吴韵哲 +3 位作者 吴浩峻 王浩亮 王丹 马小轩 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2020年第9期128-132,156,共6页
针对现有的离散生物启发神经网络(GBNN)算法在未知环境下存在的路径规划时间长和易陷入局部最优等问题,提出一种结合A^*和GBNN模型的改进算法。在GBNN活性值栅格网络中,该算法将各栅格的活性值作为A^*的代价函数进行运算,并使用跳点搜... 针对现有的离散生物启发神经网络(GBNN)算法在未知环境下存在的路径规划时间长和易陷入局部最优等问题,提出一种结合A^*和GBNN模型的改进算法。在GBNN活性值栅格网络中,该算法将各栅格的活性值作为A^*的代价函数进行运算,并使用跳点搜索规则优化,实现未知环境下的实时路径规划。仿真试验结果表明,该算法能有效改善自主水下航行器在未知环境下的寻路效率,满足自主水下航行器实时路径规划需求。 展开更多
关键词 路径规划 自主水下航行器 生物启发神经网络 A^*算法 跳点搜索规则
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栅格地图中多机器人协作搜索目标 被引量:12
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作者 曹翔 孙长银 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期273-282,共10页
目标搜索是多机器人领域的一个挑战.本文针对栅格地图中多机器人目标搜索算法进行研究.首先,利用Dempster-Shafer证据理论将声纳传感器获取的环境信息进行融合,构建搜索环境的栅格地图.然后,基于栅格地图建立生物启发神经网络用于表示... 目标搜索是多机器人领域的一个挑战.本文针对栅格地图中多机器人目标搜索算法进行研究.首先,利用Dempster-Shafer证据理论将声纳传感器获取的环境信息进行融合,构建搜索环境的栅格地图.然后,基于栅格地图建立生物启发神经网络用于表示动态的环境.在生物启发神经网络中,目标通过神经元的活性值全局的吸引机器人.同时,障碍物通过神经元活性值局部的排斥机器人,避免与其相撞.最后,机器人根据梯度递减原则自动的规划出搜索路径.仿真和实验结果显示本文提及的算法能够实现栅格地图中静态目标和动态目标的搜索.与其他搜索算法比较,本文所提及的目标搜索算法有更高的效率和适用性. 展开更多
关键词 多机器人 目标搜索 DEMPSTER-SHAFER理论 生物启发神经网络
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三维水下环境中的多AUV围捕路径规划算法 被引量:1
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作者 蒋骁迪 朱大奇 +1 位作者 陈铭治 甘文洋 《现代电子技术》 2021年第11期155-159,共5页
受到三维水下环境覆盖范围广和水下机器人(AUV)能源有限等现实条件的制约,单个AUV往往很难完成作业规模较大的水下任务,故提出一种基于位置分配和Glasius生物启发神经网络(GBNN)的围捕占位路径规划算法,来解决三维水下环境中的多AUV围... 受到三维水下环境覆盖范围广和水下机器人(AUV)能源有限等现实条件的制约,单个AUV往往很难完成作业规模较大的水下任务,故提出一种基于位置分配和Glasius生物启发神经网络(GBNN)的围捕占位路径规划算法,来解决三维水下环境中的多AUV围捕路径规划问题。首先,根据围捕AUV到达逃逸AUV的围捕总距离最短原则分配围捕点,确保围捕AUV与围捕点均衡分配并避免路径冲突;接着,各围捕AUV根据所分配的围捕点,利用改进的生物启发神经网络的目标引导与自适应避障功能,规划各个围捕AUV到达逃逸AUV周围围捕点的路径,完成围捕任务。仿真实验验证所提算法能够在三维水下静态障碍物环境中完成高效的协作围捕任务。 展开更多
关键词 水下机器人 多AUV协作围捕 围捕占位 路径冲突 位置分配 路径规划 避障 生物启发神经网络
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A Real-Time Collision-Free Path Planning of a Rust Removal Robot Using an Improved Neural Network 被引量:5
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作者 孙玲 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2017年第5期633-640,共8页
In this paper, a real-time collision-free path planning of the rust removal robot in a ship environment is proposed, which is based on an improved biologically inspired neural network algorithm. This improved algorith... In this paper, a real-time collision-free path planning of the rust removal robot in a ship environment is proposed, which is based on an improved biologically inspired neural network algorithm. This improved algorithm is based on the biologically inspired neural network and modified with obstacle detection sensors and kinematic state templates, and is implemented in a ship rust removal robot planning system for dynamic trajectory generation. The real-time optimal trajectory is generated by the biologically inspired neural network, and the moving obstacle detection process of a ship robot working on the wall is simulated with the obstacle detection sensors models. The local real-time trajectory can be re-planned by the updated local map information, where the obstacle detection sensors are used to inspect partial environment information and update the robot nearby information in real time in the original neural network algorithm. At the same time, the method of the kinematic state templates matching and searching is used to solve the pipes' influence of the rust removal robot climbing on the wall, which can not only provide a smooth path, but also can judge the motion direction and turning angle of the robot. Comparison of the proposed approach with the simulation shows that the improved algorithm is capable of planning a real-time collision-free path with achieving the local environmental information and judging the rust removal robot's motion direction and turning angle. This proposed algorithm can be good used in the ship rust removal robot. 展开更多
关键词 即时路径计划 装运锈移动机器人 生物学上启发神经网络 障碍察觉传感器 kinematics 状态模板匹配
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