- 1、本文档共26页,可阅读全部内容。
- 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
基于最短路线规划和几何分析的机器人避障问题
机器人避障问题
摘要
本文研究了机器人避障最短路径与最短时间路径的问题。针对该问题,建立
了0-1 整数规划和优化模型。
针对问题一,要求两点之间的最短路径,首先用包络线画出机器人不可行走
的危险区域,通过几何证明,最短路径是由直线段和限定区域的部分圆弧边界组
成的,所以可以人为的选出可能最短路径。以O A 的一条可能最短路径为例,
算出以折线段(断点为两直线边界的交点)近似代替最短路径的相对误差为
0.71%,在寻找最短路径时该误差是可以接受的。建立0-1 整数规划以及优化模
型,求出折线路径中的最短路径,相应的也就得到直线段与圆弧组成的最短路径,
最终求出O A 的最短距离为471.04,O B 的最短距离为853.70,O C 的
最短距离为1088.16,O A B C O 的最短距离为2730.14。
针对问题二,要求两点之间的最短时间路径。通过几何证明,最短时间路径
是由直线段和与限定区域的圆弧边界相切的圆弧组成的。建立以路径圆弧圆心与
半径为变量的最短时间目标函数优化模型,求出O A 的最短时间为 94.2283
秒。
本文确定路线思路循序渐进,先是建立了在寻找最短路径时以折线路径代替
有圆弧边界的路径的简化模型,再建立了0-1 整数规划和优化模型求解出最短路
径。
关键词:机器人避障 最短路径 0-1 整数规划 优化模型
一.问题重述
图 (见附录一)是一个800×800的平面场景图,在原点O(0, 0)点处有一个
机器人,它只能在该平面场景范围内活动。图中有12个不同形状的区域是机器人
不能与之发生碰撞的障碍物,障碍物的数学描述如下表 (见附录:图表5):
在图 (见附录一)的平面场景中,障碍物外指定一点为机器人要到达的目标
点(要求目标点与障碍物的距离至少超过10个单位)。规定机器人的行走路径由
直线段和圆弧组成,其中圆弧是机器人转弯路径。机器人不能折线转弯,转弯路
径由与直线路径相切的一段圆弧组成,也可以由两个或多个相切的圆弧路径组成,
但每个圆弧的半径最小为10个单位。为了不与障碍物发生碰撞,同时要求机器人
行走线路与障碍物间的最近距离为10个单位,否则将发生碰撞,若碰撞发生,则
机器人无法完成行走。
机器人直线行走的最大速度为v0 5 个单位/秒。机器人转弯时,最大转弯速
v
0
度为v v() 2 ,其中 是转弯半径。如果超过该速度,机器人将发生
1 e100.1
侧翻,无法完成行走。
请建立机器人从区域中一点到达另一点的避障最短路径和最短时间路径的
数学模型。对场景图中4个点O(0, 0),A(300, 300),B(100, 700),C(700, 640),
具体计算:
(1) 机器人从O(0, 0)出发,O→A、O→B、O→C和O→A→B→C→O的最短路径。
(2) 机器人从O (0, 0)出发,到达A的最短时间路径。
注:要给出路径中每段直线段或圆弧的起点和终点坐标、圆弧的圆心坐标以
及机器人行走的总距离和总时间。
二.问题分析
2.1.问题一
2.1.1. O A,O B,O C 的最短路径
要求定点O(0,0) 按照一定的行走规则绕过障碍物到达目标点的最短路径,先
用包络线画出机器人行走的危险区域,拐角处即为半径为10的圆弧。经过证明,
最短路径是由直线段和限定区域的部分圆弧边界组成的,且越靠近目标行走的距
离越短,所以先人为的选择出几条可能最短路径。为了解题方便,避免不必要的
繁琐计算,在选择最短路径时,用折线段(断点为两直线边界的交点)近似代替
最短路径(已证明)。建立0-1整数规划模型,在折线路径中选出最短行进路径,
再计算相应路径的精确长度,就可以得到直线段与圆弧组成的最短路径长度。
2.1.2. O A B C O 的最短路径
O A B C O 的最短路径是由O A, A
文档评论(0)