静态场景中机器人避障规划问题的模型和算法研究

发布时间：2017-09-30 02:24

  本文关键词：静态场景中机器人避障规划问题的模型和算法研究

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【摘要】：机器人避障与路径规划是移动机器人研究的重要方向之一，也是移动机器人导航技术中不可缺少的重要组成部分。静态场景中机器人避障与路径规划是机器人全局路径规划的核心内容，也是局部路径规划的基础。本论文深入研究静态场景中机器人避障规划的数学模型和计算算法，试图提供此类问题的完整解决方案，具有一定的理论意义和实际价值。本论文具体研究了如下两个方面的问题： 本论文采用可视图法完整地建立了静态场景中机器人避障全局路径规划的数学模型。首先建立了机器人避障问题的环境模型，构建了机器人避障问题的可视网络图；其次，针对四种不同情形建立了机器人全局路径规划的0-1非线性整数规划模型，分别为单目标点下机器人避障最短路程路径模型、多目标点下机器人避障最短路程路径模型、单目标点下机器人避障最短时间路径模型、多目标点下机器人避障最短时间路径模型。 本论文针对静态场景中机器人避障全局路径规划的不同情形，在最短路的Dijkstra算法基础上，分别构建了相应的计算算法。主要包括：单目标点下机器人避障最短路程路径的求解算法、多目标点下机器人避障最短路程路径求解算法、单目标点下机器人避障最短时间路径求解算法、多目标点下机器人避障最短时间路径求解算法。为验证算法的有效性，本论文还针对一个具体的机器人避障实例进行实证研究，，利用MATLAB编程求解，分别求解出机器人避障最短路程路径和最短时间路径，实证结果表明算法有效。 本论文最后还选取部分障碍物和目标点，考察障碍物移动和目标点移动时最短路径的变化情况，以此检验模型和进行敏感性分析。
【关键词】：避障 路径规划 机器人导航技术 数学模型 算法
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242;O221.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 引言10
• 1.2 机器人避障规划问题的研究目的与意义10-12
• 1.3 机器人避障规划问题国内外研究现状12-13
• 1.4 本论文研究的主要内容与创新点13-15
• 1.4.1 问题的提出13-14
• 1.4.2 研究的主要内容14-15
• 1.4.3 研究的目标15
• 1.4.4 拟解决的关键问题15
• 1.4.5 本论文的创新点15
• 1.5 本论文的章节安排15-17
• 第二章 预备知识17-24
• 2.1 两圆的内、外公切线17-20
• 2.1.1 点到圆的切线17
• 2.1.2 两圆的外公切线17-19
• 2.1.3 两圆的内公切线19-20
• 2.2 最短路问题及 DIJKSTRA 算法、 FLOYD 算法20-21
• 2.3 避障问题的预备事项21-24
• 2.3.1 禁入区的构造21-22
• 2.3.2 最优路径的预备证明22-24
• 第三章 静态场景中机器人避障路径规划问题的数学模型24-40
• 3.1 环境模型24-29
• 3.1.1 障碍物区域模型24
• 3.1.2 扩充障碍物区域的数学模型24
• 3.1.3 可视图的构建模型24-29
• 3.2 单目标点最短路径模型29-30
• 3.3 多目标点最短路径模型30-31
• 3.4 单目标点最速路径模型31-34
• 3.5 多目标点最速路径模型34-37
• 3.6 固定路径的最优圆弧模型37-40
• 第四章 静态场景中机器人避障路径规划问题的求解算法40-46
• 4.1 单目标点最短路径的求解算法40-41
• 4.2 有中间目标点最短路径的求解算法41-43
• 4.3 单目标点最速路径的求解算法43-44
• 4.4 多目标点最速路径的求解算法44-46
• 第五章 实证结果与分析46-67
• 5.1 实证结果47-58
• 5.1.1 环境模型47-48
• 5.1.2 单目标点的最短路径48-51
• 5.1.3 多目标点最短路径的计算结果51-54
• 5.1.4 单目标点最速路径的计算结果54-58
• 5.2 模型检验和敏感性分析58-67
• 5.2.1 考察障碍物移动时最短路径的变化58-63
• 5.2.2 考察目标点移动时最短路径的变化63-67
• 结论67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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2 陈卫忠;王庆;;基于机器人避障问题的数学模型[J];长春大学学报;2013年06期

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4 段璐灵;;论项目教学法在数学建模课程教学中的应用——以机器人避障问题为例[J];广西教育学院学报;2014年01期

5 孟伦;赵冠光;刘晓亮;张彤;;巡航导弹飞行初段弹道交叉近似计算方法研究[J];装备制造技术;2010年12期

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9 李磊,叶涛,谭民,陈细军;移动机器人技术研究现状与未来[J];机器人;2002年05期

10 张颖,吴成东,原宝龙;机器人路径规划方法综述[J];控制工程;2003年S1期

本文编号：945621