Harmonic potentials provide globally convergent potential fields that are provably free of local minima. Due to its analytical format, it is particularly suitable for generating safe and reliable robot navigation policies. However, for complex environments that consist of a large number of overlapping non-sphere obstacles, the computation of associated transformation functions can be tedious. This becomes more apparent when: (i) the workspace is initially unknown and the underlying potential fields are updated constantly as the robot explores it; (ii) the high-level mission consists of sequential navigation tasks among numerous regions, requiring the robot to switch between different potentials. Thus, this work proposes an efficient and automated scheme to construct harmonic potentials incrementally online as guided by the task automaton. A novel two-layer harmonic tree (HT) structure is introduced that facilitates the hybrid combination of oriented search algorithms for task planning and harmonic-based navigation controllers for non-holonomic robots. Both layers are adapted efficiently and jointly during online execution to reflect the actual feasibility and cost of navigation within the updated workspace. Global safety and convergence are ensured both for the high-level task plan and the low-level robot trajectory. Known issues such as oscillation or long-detours for purely potential-based methods and sharp-turns or high computation complexity for purely search-based methods are prevented. Extensive numerical simulation and hardware experiments are conducted against several strong baselines.


翻译:谐和势场提供全局收敛的势场,且被证明无局部极小值。由于其解析格式,它特别适用于生成安全可靠的机器人导航策略。然而,对于由大量重叠非球体障碍物构成的复杂环境,相关变换函数的计算可能变得繁琐。这一问题在以下情况中尤为突出:(i)工作空间初始未知,且底层势场随机器人探索而持续更新;(ii)高层任务包含多个区域间的顺序导航任务,要求机器人在不同势场间切换。因此,本文提出一种高效自动化方案,根据任务自动机在线增量式构建谐和势场。引入新型两层谐和树结构,该结构融合了用于任务规划的定向搜索算法与面向非完整机器人的谐和导航控制器。两层结构在在线执行过程中高效协同调整,以反映更新后工作空间中导航的实际可行性与成本代价。高层任务规划与底层机器人轨迹均确保全局安全性与收敛性。该方法避免了纯势场方法中的振荡或长距离绕行问题,以及纯搜索方法中的急转弯或高计算复杂度问题。针对多个强基线方法,开展了大量数值仿真与硬件实验验证。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月3日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
2+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
6+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
7+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
19+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
11+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
专知会员服务
10+阅读 · 5月30日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员