Fast Path Planning Through Large Collections of Safe Boxes

要約

軸の揃った箱の集合の中にあることを制約された滑らかな経路（あるいは軌跡）を設計するための高速なアルゴリズムを紹介する。これらの安全な箱の数が多く、それらの基本的な前処理（それらの交点を見つけるなど）がオフラインで行える場合を考える。実行時には、与えられた初期位置と終端位置の間の滑らかな経路を素早く生成する。我々のアルゴリズムは、常に安全であることが保証された軌道を設計し、そのような軌道が存在しないときはいつでも実行不可能性を検出する。我々のアルゴリズムは、非常に効率的に解くことができる2つの部分問題、すなわち、重み付きグラフにおける最短経路を求める問題と、（複数の）凸最適制御問題を解く問題に基づいている。提案するパスプランナーを大規模な数値例で実証し、効率的なオープンソースソフトウェア実装であるfastpathplanningを提供する。

要約(オリジナル)

We present a fast algorithm for the design of smooth paths (or trajectories) that are constrained to lie in a collection of axis-aligned boxes. We consider the case where the number of these safe boxes is large, and basic preprocessing of them (such as finding their intersections) can be done offline. At runtime we quickly generate a smooth path between given initial and terminal positions. Our algorithm designs trajectories that are guaranteed to be safe at all times, and detects infeasibility whenever such a trajectory does not exist. Our algorithm is based on two subproblems that we can solve very efficiently: finding a shortest path in a weighted graph, and solving (multiple) convex optimal-control problems. We demonstrate the proposed path planner on large-scale numerical examples, and we provide an efficient open-source software implementation, fastpathplanning.

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