機(jī)器人避障問(wèn)題分析與研究論文

《機(jī)器人避障問(wèn)題分析與研究論文》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。

1、機(jī)器人避障模型摘要本文針對(duì)機(jī)器人避障問(wèn)題進(jìn)行分析與研究，在800X800的平面場(chǎng)景擺放有12個(gè)不同形狀的障礙物，以O(shè)(0,0)點(diǎn)為起點(diǎn)，對(duì)A、B、C、O為H標(biāo)點(diǎn)，通過(guò)分析，我們假設(shè)在圓弧的半徑為10個(gè)單位，且下建立模型，由出發(fā)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)可以有很多條路徑行走，所以就有不同的幾種方案可以到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，據(jù)題意；我們把機(jī)器人行走的路徑都看成是由直線和拐角圓弧線組成的，根據(jù)這個(gè)原理，我們對(duì)機(jī)器人可行走的路徑分析直線與拐角圓弧的關(guān)系，將所有路徑都轉(zhuǎn)化為若干個(gè)線圓結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行求解，對(duì)于途中經(jīng)過(guò)的拐角圓弧，我們都將只考慮半徑最小的情況，然

2、后建立解析兒何圖形模型對(duì)可行走的不同路徑進(jìn)行求解，從而得到最短路徑。對(duì)于問(wèn)題一：我們根據(jù)兒何圖形模型很容易求解岀可能行走的路徑，然后列出二種明顯的方案進(jìn)行比較，得到最終的求出最短路徑：0tA最短路徑為：471.22190最短路徑為：607.57830tC最短路徑為：1090.942OtA->B—C->O最短路徑為：2843.1693對(duì)于問(wèn)題二，我們采用Dijkstra算法(見(jiàn)附錄三)，解出最短時(shí)間路徑為：462.4194o本模型在建立過(guò)程小，始終以圓的公切線和弦為理論基礎(chǔ)，確保模型的正確性，在求解數(shù)據(jù)過(guò)程中，因數(shù)據(jù)量大而

3、繁瑣，我們用到了MATLAB軟件對(duì)模型求解，確保了結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性，適用于生活屮開(kāi)車、賽車，對(duì)安全實(shí)際問(wèn)題起到作用，有很強(qiáng)的實(shí)用性和借鑒性。關(guān)鍵詞：最短路徑兒何圖形Dijkstra算法MATLAB軟件機(jī)器人避障模型一、問(wèn)題重述根據(jù)圖(附錄一)的一個(gè)800x800的平面場(chǎng)景圖，在原點(diǎn)0(0,0)點(diǎn)處有一個(gè)機(jī)器人，它只能在該平面場(chǎng)景范帀內(nèi)活動(dòng)。圖中有12個(gè)不同形狀的區(qū)域是機(jī)器人不能與Z發(fā)生碰撞的障礙物，障礙物的數(shù)學(xué)描述見(jiàn)附錄二：在圖(附錄一)的平面場(chǎng)景中，障礙物外指定一點(diǎn)為機(jī)器人要到達(dá)的目標(biāo)點(diǎn)(要求目標(biāo)點(diǎn)與障礙物的距離至

4、少超過(guò)10個(gè)單位)。規(guī)定機(jī)器人的行走路徑由直線段和圓弧組成，其中圓弧是機(jī)器人轉(zhuǎn)彎路徑。機(jī)器人不能折線轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎路徑由與直線路徑相切的一段圓弧組成，也可以由兩個(gè)或多個(gè)相切的圓弧路徑組成，但每個(gè)圓弧的半徑最小為10個(gè)單位。為了不與障礙物發(fā)生碰撞，同時(shí)要求機(jī)器人行走線路與障礙物間的最近距離為10個(gè)單位，否則將發(fā)生碰撞，若碰撞發(fā)生，則機(jī)器人無(wú)法完成行走。機(jī)器人直線行走的最大速度為v0=5個(gè)單位/秒。機(jī)器人轉(zhuǎn)彎時(shí)，最人轉(zhuǎn)彎速度為v=v(p)=—,其中°是轉(zhuǎn)彎半徑。如果超過(guò)該速度，機(jī)器人將發(fā)生側(cè)]+e】o-o.s-翻，無(wú)法完成行走。

5、建立機(jī)器人從區(qū)域屮一點(diǎn)到達(dá)另一點(diǎn)的避障最短路徑和最短時(shí)間路徑的數(shù)學(xué)模型。對(duì)場(chǎng)景圖中(見(jiàn)附錄一)4個(gè)點(diǎn)0(0,0),A(300,300),B(100,700),C(700,640),具體計(jì)算:(1)機(jī)器人從0(0,0)出發(fā)，O—A、O—B、O—C和OtAtB->CtO的最短路徑。(2)機(jī)器人從0(0,0)出發(fā)，到達(dá)A的最短時(shí)間路徑。注：要給出路徑中何段直線段或圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)、圓弧的圓心坐標(biāo)以及機(jī)器人行走的總距離和總時(shí)間。二、問(wèn)題分析問(wèn)題一、根據(jù)問(wèn)題的分析，題1=1要求按照冃標(biāo)點(diǎn)與障礙物的距離至少超過(guò)10個(gè)單位，以定點(diǎn)

6、0(0,0)行走繞過(guò)障礙物到達(dá)冃標(biāo)點(diǎn)的最短路徑，機(jī)器人不能與障礙物碰撞、不能折線轉(zhuǎn)彎的因索下，到達(dá)的點(diǎn)有，機(jī)器人從0(0,0)出發(fā)，0-A、OtB、O->C和OO的最短路徑，A、B、C的坐標(biāo)為A(300,300),B(100,700),C(700,640),我們采用兒何圖形來(lái)描繪岀起點(diǎn)到達(dá)終點(diǎn)的路線。先用包絡(luò)線畫岀機(jī)器人行走的危險(xiǎn)區(qū)域路線，拐角處就是一個(gè)半徑為10的圓弧，采用劃直線的方法尋找可能的最短路徑(比如求0和AZ間的最短路動(dòng)徑，就可以連接0和A之間的每條線段，求出0到A的線段長(zhǎng)度便是0到A的一條可能的最短路徑)，

7、然后采用解析幾何、平面圖形、避障路徑規(guī)劃、決策算法解決最短路徑。列出0到每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的可能路徑的最短路徑，然后比較其大小便可得出0到目標(biāo)點(diǎn)的最短路徑。(1)、在0到A點(diǎn)時(shí)，有二條最短路徑，在0到B點(diǎn)時(shí)，有一條最短路徑。在0到C點(diǎn)時(shí)，有三條路徑。(2)、0到A到B到C到0點(diǎn)的最短路徑。根據(jù)每一個(gè)障礙物的特點(diǎn)，運(yùn)用不同的線圓結(jié)構(gòu)和幾何圖形，計(jì)算出達(dá)到每一個(gè)忖標(biāo)點(diǎn)的最短距離。問(wèn)題二、對(duì)問(wèn)題二的分析，在問(wèn)題一分析的基礎(chǔ)上，以0點(diǎn)到達(dá)A點(diǎn)的最短時(shí)間路徑，從起始點(diǎn)0(0,0)經(jīng)過(guò)中間的若干個(gè)障礙物，按照解析幾何的規(guī)則繞過(guò)障礙物到達(dá)目標(biāo)

8、點(diǎn)，我們應(yīng)該考慮經(jīng)過(guò)障礙物拐點(diǎn)的問(wèn)題和經(jīng)過(guò)路徑中的目標(biāo)點(diǎn)處轉(zhuǎn)彎的問(wèn)題，這時(shí)簡(jiǎn)單的線圓結(jié)構(gòu)就不能解決這種問(wèn)題，我們?cè)诠拯c(diǎn)及途中目標(biāo)點(diǎn)處都采用最小轉(zhuǎn)彎半徑的形式，也可以適當(dāng)?shù)淖儞Q拐點(diǎn)處的拐彎半徑，在拐點(diǎn)處增人或縮小圓的半徑，提高機(jī)黠人的速度，使機(jī)器人能夠沿直線到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，用集合把每條線段的值表達(dá)出來(lái)，用兒何圖形建立模型，