Dynamic path planning for mobile robots based on artificial potential field enhanced improved multiobjective snake optimization (APF‐IMOSO)

运动规划 移动机器人 数学优化 机器人 计算机科学 路径(计算) 启发式 启发式 趋同(经济学) 多目标优化 领域(数学) 能源消耗 工程类 人工智能 机器学习 数学 经济 程序设计语言 纯数学 电气工程 经济增长
作者
Qilin Li,Qihua Ma,Xin Weng
出处
期刊:Journal of Field Robotics [Wiley]
卷期号:41 (6): 1843-1863 被引量:15
标识
DOI:10.1002/rob.22354
摘要

Abstract With the widespread adoption of mobile robots, effective path planning has become increasingly critical. Although traditional search methods have been extensively utilized, meta‐heuristic algorithms have gained popularity owing to their efficiency and problem‐specific heuristics. However, challenges remain in terms of premature convergence and lack of solution diversity. To address these issues, this paper proposes a novel artificial potential field enhanced improved multiobjective snake optimization algorithm (APF‐IMOSO). This paper presents four key enhancements to the snake optimizer to significantly improve its performance. Additionally, it introduces four fitness functions focused on optimizing path length, safety (evaluated via artificial potential field method), energy consumption, and time efficiency. The results of simulation and experiment in four scenarios including static and dynamic highlight APF‐IMOSO's advantages, delivering improvements of 8.02%, 7.61%, 50.71%, and 12.74% in path length, safety, energy efficiency, and time‐savings, respectively, over the original snake optimization algorithm. Compared with other advanced meta‐heuristics, APF‐IMOSO also excels in these indexes. Real robot experiments show an average path length error of 1.19% across four scenarios. The results reveal that APF‐IMOSO can generate multiple viable collision‐free paths in complex environments under various constraints, showcasing its potential for use in dynamic path planning within the realm of robot navigation.
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