Time-Optimal Trajectory Planning in Highway Scenarios using Basis-Spline Parameterization

要約

ベーシス スプラインを使用すると、有限数の制約を使用して時間連続の実現可能性チェックを行うことができます。
制約は、衝突のない動的に実行可能な軌道を必要とする動作計画アプリケーションの軌道全体に適用されます。
勾配ベースの最適化に依存する既存のモーション プランナは、時間スケーリングを適用して、縮小する計画期間を実装します。
これらは、再帰的に実行可能な軌道を保証するものでも、異なる時間スケールで 2 つの末端多様体部分に到達することを可能にするものでもありません。
この論文では、既存のアプローチの欠点に対処する非線形最適化問題を提案します。
したがって、スプライン ブレークポイントは最適化変数に含まれます。
スプライン ベース間の変換が実装されるため、疎な問題の定式化が実現されます。
ブレークポイントを削除する戦略により、終端多様体への収束が可能になります。
追い越しシナリオでの評価は、ソリューションの品質と最適化に必要な時間に対するブレークポイント数の影響を示します。

要約(オリジナル)

Basis splines enable a time-continuous feasibility check with a finite number of constraints. Constraints apply to the whole trajectory for motion planning applications that require a collision-free and dynamically feasible trajectory. Existing motion planners that rely on gradient-based optimization apply time scaling to implement a shrinking planning horizon. They neither guarantee a recursively feasible trajectory nor enable reaching two terminal manifold parts at different time scales. This paper proposes a nonlinear optimization problem that addresses the drawbacks of existing approaches. Therefore, the spline breakpoints are included in the optimization variables. Transformations between spline bases are implemented so a sparse problem formulation is achieved. A strategy for breakpoint removal enables the convergence into a terminal manifold. The evaluation in an overtaking scenario shows the influence of the breakpoint number on the solution quality and the time required for optimization.

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