2012年数学建模国赛D题(机器人避障问题)优秀论文.doc
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D题 机器人避障问题
摘 要
本文综合运用分析法、图论方法、非线性规划方法,讨论了机器人避障最短路径和最短时间路径求解问题。
针对问题一,首先,通过分析,建立了靠近障碍物顶点处转弯得到的路径最短、转弯时圆弧的半径最小时和转弯圆弧的圆心为障碍物的顶点时路径最短、转弯在中间目标点附近时,中间目标点位于弧段中点有最短路径的三个原理,基于三个原理,其次对模型进行变换,对障碍物进行加工,扩充为符合条件的新的区域并在转弯处圆角化构成障碍图,并通过扩充的跨立实验,得到切线和圆弧是否在可避障区的算法,第三,计算起点、中间目标点和最终目标点和各圆弧及圆弧之间的所有可避障切线和圆弧路径,最后给这些定点赋一个等于切线长度或弧度的权值构成一个网络图,然后利用Dijkstra算法求出了O-A、O-B,O-C的最短路径为O-A:471.0372个单位,O-B:853.7001个单位,O-C:1086.0677个单位;对于需要经中间目标点的路径,可运用启发规则分别以相邻的目标点作为起点和终点计算,确定路径的大致情况,在进一步调整可得到O-A-B-C-O的最短路径为2748.699个单位。
针对问题二,主要研究的是由出发点到达目标点A点的最短时间路径,我们在第一问的基础上考虑路径尽可能短且圆弧转弯时的圆弧尽量靠近障碍物的顶点,即确定了圆弧半径最小时的圆弧内切于要确定的圆弧时存在最小时间路径,建立以总时间最短为目标函数,采用非线性规划模型通过Matlab编程求解出最短时间路径为最短时间路程为472.4822个单位,其中圆弧的圆心坐标为(81.430,209.41),最短时间为94.3332秒。圆弧两切点的坐标分别为(70.88,212.92)、(77.66,219.87)。
关键字: Dijkstra算法 跨立实验 分析法 非线性规划模型
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