A Novel Vector-Field-Based Motion Planning for 3D Nonholonomic Robots

要約

このホワイト ペーパーでは、非ホロノミックな制約を持つ 6 自由度の剛体システムによってモデル化された 3D のモバイル ロボットのモーション プランニングに焦点を当てています。
目標位置を指定するだけでなく、最終時間で進行方向の要件も取り入れます。これにより、新しく、より困難な 3D モーション プランニングの問題が生じます。
提案された計画アルゴリズムには、ワークスペース上での新しい速度ベクトル場 (VF) が含まれており、VF に従うことで、指定された進行方向でロボットを目的地までナビゲートできます。
障害物や他のロボットとの潜在的な衝突を回避するために、複合 VF は、ナビゲーション VF と危険領域の境界に接する追加の VF を構成することによって提示されます。
さらに、複数のロボット間の動作結合を処理する優先順位ベースのアルゴリズムを提案します。
最後に、理論的な結果を検証するために数値シミュレーションが行われます。

要約(オリジナル)

This paper focuses on the motion planning for mobile robots in 3D, which are modelled by 6-DOF rigid body systems with nonholonomic constraints. We not only specify the target position, but also bring in the requirement of the heading direction at the terminal time, which gives rise to a new and more challenging 3D motion planning problem. The proposed planning algorithm involves a novel velocity vector field (VF) over the workspace, and by following the VF, the robot can be navigated to the destination with the specified heading direction. In order to circumvent potential collisions with obstacles and other robots, a composite VF is presented by composing the navigation VF and an additional VF tangential to the boundary of the dangerous area. Moreover, we propose a priority-based algorithm to deal with the motion coupling among multiple robots. Finally, numerical simulations are conducted to verify the theoretical results.

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