智能語音導游機器人的路徑尋優方法技術

本發明專利技術涉及一種智能語音導游機器人的路徑尋優方法，包括如下步驟：將所在景區的所有景點的坐標信息錄入到智能語音導游機器人的控制系統中，地圖建模，對環境信息進行坐標處理；利用景點的坐標信息，計算景點間的相互距離，根據距離信息初始化信息素矩陣；設置初始參數；螞蟻隨機置于不同的景點，按照概率隨機選擇下一個待訪問的景點，直到訪問完所有的景點；螞蟻在釋放信息素的同時，各個景點間連接路徑上的信息素逐漸消失，因此，當所有螞蟻完成一次循環后，各個景點間連接路徑上的信息素濃度需進行實時更新；若沒有達到最大迭代次數，繼續更新；否則，終止迭代，輸出最優解，也即輸出最優路線L。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及機器人應用領域，尤其涉及了一種智能語音導游機器人及其路徑尋優方法。
技術介紹
隨著現代機器人技術的快速發展，原本遙不可及的機器人現在已經開始慢慢滲透到我們的日常生活中。機器人不只是傳統意義上的應用于工業領域，它正朝著民用化，小型化，智能化的方向發展，并不斷服務于人類生產生活的各個領域。同時隨著經濟的發展，人們的生活水平也在日益提高，在這個溫飽已不能滿足人們的日常需求的年代，越來越多的人已經著眼于提高生活質量，享受生活樂趣，隨之而來也就推動著旅游業的迅速發展。如果每個規模稍大的景區都要安排許許多多的導游的話，那必將耗費大量的人力物力財力，導游的工作量大，耗費時間，而且難免有時會帶些個人情緒的因素，這些弊端都將暴露無遺。導游的作用也就是將旅客帶到各個景點，然后介紹這個景點這一系列機械化的過程，這樣單一內容的工作極大的浪費資源。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是針對現代旅游業聘用大量導游而導致浪費大量的人力物力財力所帶來的一系列問題，提出了一種體積小、結構簡單、操作方便、實用性強、人機交互性能優良的智能語音導游機器人的路徑尋優方法。實現本專利技術目的的技術方案之一是提供一種智能語音導游機器人，采用上下兩層式的車身設計，車身上層設有攝像頭、聲吶環、紅外感應器、錄放音模塊以及控制器，車身下層設有底盤、電機、電機驅動器、蓄電池組、電源轉換模塊、驅動輪以及萬向輪；聲吶環、紅外感應器、攝像頭以及錄放音模塊分別與控制器電連接通信；控制器還與電機驅動器電連接、控制器輸出驅動信號至電機驅動器；電機驅動器驅動電機從而帶動驅動輪運動；蓄電池組和電源轉換模塊組成電源模塊，蓄電池組通過電源轉換模塊給紅外感應器、聲吶環、攝像頭、控制器、錄放音模塊、電機驅動器及電機供電；聲吶環采用4至10個聲吶組成；所有聲吶以車頭的中央軸線為對稱中心左右對稱設置在車頭的左部和右部；紅外感應器設置于車頭的最前部正中央；紅外感應器通過發出的紅外光線可以對行進中的機器人進行實時測速，一旦機器人速度超過限定速度時，紅外感應器會將信號發送至控制器，控制器會發出控制信號至電機驅動器，從而控制機器人停止向前行進，這 就能使機器人合理地控制其行進速度；攝像頭設置在車頭的前部中央最上方；錄放音模塊的內存中存有景區各個景點的語音介紹信息；攝像頭用于在機器人到達相應景點后，通過捕捉相應景點處的預設標識物來確定已經到達相應景點，然后向控制器發送確認信息，控制器收到后向錄放音模塊發送命令，錄放音模塊在每到一處景點就會收到控制器發送過來的命令而播放事先錄好的該處景點介紹的錄音；景點的位置信息存儲在控制器中。所述智能語音導游機器人的路徑尋優方法，包括如下幾個步驟：A、將所在景區的所有景點的坐標信息錄入到智能語音導游機器人的控制系統中，智能語音導游機器人的控制系統對這些坐標信息進行地圖建模，對環境信息進行坐標處理；B、利用景點的坐標信息，計算景點間的相互距離，根據距離信息初始化信息素矩陣；C、設置初始參數，包括蟻群規模、信息素重要程度因子、啟發函數重要程度因子、信息素揮發因子、信息素釋放總量、最大迭代次數和迭代次數初值；D、將螞蟻隨機置于不同的景點，按照概率隨機選擇下一個待訪問的景點，直到訪問完所有的景點；其中，螞蟻k在t時刻從景點i轉移到景點j的概率為：式中：allowk(k＝1,2，...，m)為螞蟻k待訪問景點的集合，開始時，allowk中有（n-1）個元素，即包括除了螞蟻k出發景點的其他所有景點，隨著時間的推進，allowk中的元素逐漸減少，直至為空，即表示所有的景點均訪問完畢；ηij(t)為啟發函數，表示t時刻螞蟻從景點i轉移到景點j的期望程度，計算公式如下：ηij(t)＝c/dij，c為一常數，c的作用加強了下一步轉移中選擇距離當前柵格較近的柵格的概率；α為信息素重要程度因子，其值越大，表示信息素的濃度在轉移中起的作用越大；β為啟發函數重要程度因子，其值越大，表示啟發函數在轉移中的作用越大，即螞蟻會以較大的概率轉移到距離短的景點；τij(t)表示在t時刻景點i、j間路徑上的信息素濃度；τis(t)表示在t時刻景點i、s間路徑上的信息素濃度；ηis(t)表示t時刻螞蟻從景點i轉移到景點s的期望程度；E、螞蟻在釋放信息素的同時，各個景點間連接路徑上的信息素逐漸消失，因此，當所有螞蟻完成一次循環后，各個景點間連接路徑上的信息素濃度需進行實時更新；F、若沒有達到最大迭代次數，轉至步驟D；否則，終止迭代，輸出最優解，也即輸出最優 路線L。進一步的，步驟B中，根據距離信息初始化信息素矩陣的初始化方法如下：式中，dij為景點i與景點j之間距離，為兩兩景點間距離的平均值，M為景點i與景點j之間距離占平均距離的比重，n為所在景區的景點的總數量，λ為權重系數；τij(0)表示初始化的信息素矩陣。進一步的，步驟E中，各個景點間連接路徑上的信息素濃度需進行實時更新的更新原則如下：τij(t+1)＝(1-ρ)τij(t)+Δτij，式中，τij(t+1)表示t+1時刻景點i、j間的信息素濃度；Δτij表示所有螞蟻在景點i與景點j連接路徑上釋放的信息素濃度之和，表示第k只螞蟻在景點i與景點j連接路徑上釋放的信息素濃度，ξ為權重系數，Q為常數，表示螞蟻循環一次所釋放的信息素總量；Lk為第k只螞蟻經過路徑的長度；ρ為信息素揮發系數，計算公式如下：式中，T1，T2分別為區分前期和后期的臨界時間點；A，B，C是屬于(0,1)的一個比例系數，A較大，C較小，B介于A，C之間，表明揮發系數ρ在尋優初期較大，給予螞蟻更大的概率去選擇不同的路徑，后期逐漸減小，增強算法的全局收斂能力。實現本專利技術目的的技術方案之二是提供一種基于改進蟻群算法的智能語音導游機器人的路徑尋優方法，包括如下幾個步驟：S01：根據景點位置信息進行環境建模；S02：根據景點間距離信息初始化信息素矩陣；S03：初始化其他參數信息，包括蟻群規模、信息素重要程度因子、啟發函數重要程度因子、信息素揮發因子、信息素釋放總量、最大迭代次數和迭代次數初值；S04：將螞蟻隨機置于某個景點作為起始點，根據概率公式選擇下一景點；其中，螞蟻k在t時刻從景點i轉移到景點j的概率為：式中：allowk(k＝1,2，...，m)為螞蟻k待訪問景點的集合，開始時，allowk中有(n-1)個元素，即包括除了螞蟻k出發景點的其他所有景點，隨著時間的推進，allowk中的元素逐漸減少，直至為空，即表示所有的景點均訪問完畢；ηij(t)為啟發函數，表示t時刻螞蟻從景點i轉移到景點j的期望程度，計算公式如下：ηij(t)＝c/dij，c為一常數，c的作用加強了下一步轉移中選擇距離當前柵格較近的柵格的概率；α為信息素重要程度因子，其值越大，表示信息素的濃度在轉移中起的作用越大；β為啟發函數重要程度因子，其值越大，表示啟發函數在轉移中的作用越大，即螞蟻會以較大的概率轉移到距離短的景點；τij(t)表示在t時刻景點i、j間路徑上的信息素濃度；τis(t)表示在t時刻景點i、s間路徑上的信息素濃度；ηis(t)表示t時刻螞蟻從景點i轉移到景點s的期望程度；S05：所有螞蟻都完成本輪迭代后，進行全局信息素更新，得到本輪最優路徑；S06：判斷迭代次數是否達到最大迭代本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種智能語音導游機器人的路徑尋優方法，其特征在于包括如下幾個步驟：A、將所在景區的所有景點的坐標信息錄入到智能語音導游機器人的控制系統中，智能語音導游機器人的控制系統對這些坐標信息進行地圖建模，對環境信息進行坐標處理；B、利用景點的坐標信息，計算景點間的相互距離，根據距離信息初始化信息素矩陣；C、設置初始參數，包括蟻群規模、信息素重要程度因子、啟發函數重要程度因子、信息素揮發因子、信息素釋放總量、最大迭代次數和迭代次數初值；D、將螞蟻隨機置于不同的景點，按照概率隨機選擇下一個待訪問的景點，直到訪問完所有的景點；其中，螞蟻k在t時刻從景點i轉移到景點j的概率為：式中：allowk(k＝1,2，...，m)為螞蟻k待訪問景點的集合，開始時，allowk中有(n?1)個元素，即包括除了螞蟻k出發景點的其他所有景點，隨著時間的推進，allowk中的元素逐漸減少，直至為空，即表示所有的景點均訪問完畢；ηij(t)為啟發函數，表示t時刻螞蟻從景點i轉移到景點j的期望程度，計算公式如下：ηij(t)＝c/dij，c為一常數，c的作用加強了下一步轉移中選擇距離當前柵格較近的柵格的概率；α為信息素重要程度因子，其值越大，表示信息素的濃度在轉移中起的作用越大；β為啟發函數重要程度因子，其值越大，表示啟發函數在轉移中的作用越大，即螞蟻會以較大的概率轉移到距離短的景點；τij(t)表示在t時刻景點i、j間路徑上的信息素濃度；τis(t)表示在t時刻景點i、s間路徑上的信息素濃度；ηis(t)表示t時刻螞蟻從景點i轉移到景點s的期望程度；E、螞蟻在釋放信息素的同時，各個景點間連接路徑上的信息素逐漸消失，因此，當所有螞蟻完成一次循環后，各個景點間連接路徑上的信息素濃度需進行實時更新；F、若沒有達到最大迭代次數，轉至步驟D；否則，終止迭代，輸出最優解，也即輸出最優路線L。...

【技術特征摘要】
1.一種智能語音導游機器人的路徑尋優方法，其特征在于包括如下幾個步驟：A、將所在景區的所有景點的坐標信息錄入到智能語音導游機器人的控制系統中，智能語音導游機器人的控制系統對這些坐標信息進行地圖建模，對環境信息進行坐標處理；B、利用景點的坐標信息，計算景點間的相互距離，根據距離信息初始化信息素矩陣；C、設置初始參數，包括蟻群規模、信息素重要程度因子、啟發函數重要程度因子、信息素揮發因子、信息素釋放總量、最大迭代次數和迭代次數初值；D、將螞蟻隨機置于不同的景點，按照概率隨機選擇下一個待訪問的景點，直到訪問完所有的景點；其中，螞蟻k在t時刻從景點i轉移到景點j的概率為：式中：allowk(k＝1,2，...，m)為螞蟻k待訪問景點的集合，開始時，allowk中有(n-1)個元素，即包括除了螞蟻k出發景點的其他所有景點，隨著時間的推進，allowk中的元素逐漸減少，直至為空，即表示所有的景點均訪問完畢；ηij(t)為啟發函數，表示t時刻螞蟻從景點i轉移到景點j的期望程度，計算公式如下：ηij(t)＝c/dij，c為一常數，c的作用加強了下一步轉移中選擇距離當前柵格較近的柵格的概率；α為信息素重要程度因子，其值越大，表示信息素的濃度在轉移中起的作用越大；β為啟發函數重要程度因子，其值越大，表示啟發函數在轉移中的作用越大，即螞蟻會以較大的概率轉移到距離短的景點；τij(t)表示在t時刻景點i、j間路徑上的信息素濃度；τis(t)表示在t時刻景點i、s間路徑上的信息素濃度；ηis(t)表示t時刻螞蟻從景點i轉移到景點s的期望程度；E、螞蟻在釋放信息素的同時，各個景點間連接路徑上的信息素逐漸消失，因此，當所有螞蟻完成一次循環后，各個景點間連接路徑上的信息素濃度需進行實時更新；F、若沒有達到最大迭代次數，轉至步驟D；否則，終止迭代，輸出最優解，也即輸出最優路線L。2.根據權利要求1所述的智能語音導游機器人的路徑尋優方法，其特征在于：步驟B中，根據距離信息初始化信息素矩陣的初始化方法如下：式中，dij為景點i與景點j之間距離，為兩兩景點間距離的平均值，M為景點i與景點j之間距離占平均距離的比重，n為所在景區的景點的總數量，λ為權重系數；τij(0)表示初始化的信息素矩陣。3.根據權利要求1或2所述的智能語音導游機器人的路徑尋優方法，其特征在于：步驟E中，各個景點間連接路徑上的信息素濃度需進...

【專利技術屬性】
技術研發人員：賀乃寶，陸毅，高倩，沈琳，俞燁，
申請(專利權)人：江蘇理工學院，
類型：發明
國別省市：江蘇;32