Discrete States-Based Trajectory Planning for Nonholonomic Robots

要約

非ホロノミック ダイナミクスのため、非ホロノミック ロボットの動作計画は常に難しい問題です。
このレターは、自律型非ホロノミック ロボット用の離散状態ベースの軌道計画 (DSTP) アルゴリズムを示しています。
提案されたアルゴリズムは、軌道を x と y の位置、方位角、経度の速度と加速度、角速度、および時間間隔として表します。
変数が多いほど、最適化と制約の式が単純になり、近似が多すぎることによるエラーが減少し、ギア シフトの状況も処理されます。
L-BFGS-B は、多くの変数とボックス制約の最適化を処理するために使用されるため、問題解決が高速化されます。
以前の研究と比較したさまざまなシミュレーション実験により、私たちのアルゴリズムには桁違いの効率の利点があり、高速で少ない制御労力でより滑らかな軌道を生成できることが検証されました。
さらに、実際のシーンでのアルゴリズムの実現可能性を検証するために、実世界での実験も行われます。
コードをrosパッケージとしてリリースします。

要約(オリジナル)

Due to nonholonomic dynamics, the motion planning of nonholonomic robots is always a difficult problem. This letter presents a Discrete States-based Trajectory Planning(DSTP) algorithm for autonomous nonholonomic robots. The proposed algorithm represents the trajectory as x and y positions, orientation angle, longitude velocity and acceleration, angular velocity, and time intervals. More variables make the expression of optimization and constraints simpler, reduce the error caused by too many approximations, and also handle the gear shifting situation. L-BFGS-B is used to deal with the optimization of many variables and box constraints, thus speeding up the problem solving. Various simulation experiments compared with prior works have validated that our algorithm has an order-of-magnitude efficiency advantage and can generate a smoother trajectory with a high speed and low control effort. Besides, real-world experiments are also conducted to verify the feasibility of our algorithm in real scenes. We will release our codes as ros packages.

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