Differentially constrained mobile robot motion planning in state lattices

运动规划 图形 移动机器人 拓扑(电路) 机器人 配置空间 计算机科学 状态空间 数学 控制理论(社会学) 算法 理论计算机科学 人工智能 物理 组合数学 量子力学 统计 控制(管理)
作者
Mihail Pivtoraiko,Ross A. Knepper,Alonzo Kelly
出处
期刊:Journal of Field Robotics [Wiley]
卷期号:26 (3): 308-333 被引量:347
标识
DOI:10.1002/rob.20285
摘要

Abstract We present an approach to the problem of differentially constrained mobile robot motion planning in arbitrary cost fields. The approach is based on deterministic search in a specially discretized state space. We compute a set of elementary motions that connects each discrete state value to a set of its reachable neighbors via feasible motions. Thus, this set of motions induces a connected search graph. The motions are carefully designed to terminate at discrete states, whose dimensions include relevant state variables (e.g., position, heading, curvature, and velocity). The discrete states, and thus the motions, repeat at regular intervals, forming a lattice. We ensure that all paths in the graph encode feasible motions via the imposition of continuity constraints on state variables at graph vertices and compliance of the graph edges with a differential equation comprising the vehicle model. The resulting state lattice permits fast full configuration space cost evaluation and collision detection. Experimental results with research prototype rovers demonstrate that the planner allows us to exploit the entire envelope of vehicle maneuverability in rough terrain, while featuring real‐time performance. © 2009 Wiley Periodicals, Inc.

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