PE-Planner: A Performance-Enhanced Quadrotor Motion Planner for Autonomous Flight in Complex and Dynamic Environments

要約

モーション プランナーの役割はクアッドローター アプリケーションにおいて極めて重要ですが、既存の方法は複雑な環境に適応するのに苦労することが多く、高速、安全、堅牢な飛行を実現する能力が制限されています。
このレターでは、高密度の障害物、動的障害物、未知の外乱などの複雑な環境での自律飛行向けに設計された、パフォーマンスが強化されたクアローター モーション プランナーを紹介します。
グローバル プランナーは、運動力学的パス検索を通じて初期軌道を生成し、B スプライン軌道最適化を使用してそれを調整します。
その後、ローカル プランナーは、モデル予測輪郭制御のフレームワークを利用して、クワッドローターのダイナミクス、推定外乱、グローバル基準軌道、制御コスト、時間コスト、および安全制約を考慮して、リアルタイムの制御入力を生成します。
シミュレーションと実際の実験の両方が、提案されたモーション プランナーの堅牢性、安全性、速度が向上していることを裏付けています。
さらに、当社のモーション プランナーは、挑戦的で複雑なレース シナリオにおいて 6.8 m/s 以上の飛行を実現します。

要約(オリジナル)

The role of a motion planner is pivotal in quadrotor applications, yet existing methods often struggle to adapt to complex environments, limiting their ability to achieve fast, safe, and robust flight. In this letter, we introduce a performance-enhanced quadrotor motion planner designed for autonomous flight in complex environments including dense obstacles, dynamic obstacles, and unknown disturbances. The global planner generates an initial trajectory through kinodynamic path searching and refines it using B-spline trajectory optimization. Subsequently, the local planner takes into account the quadrotor dynamics, estimated disturbance, global reference trajectory, control cost, time cost, and safety constraints to generate real-time control inputs, utilizing the framework of model predictive contouring control. Both simulations and real-world experiments corroborate the heightened robustness, safety, and speed of the proposed motion planner. Additionally, our motion planner achieves flights at more than 6.8 m/s in a challenging and complex racing scenario.

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