Collision-free mobile robot navigation is an important problem for many robotics applications, especially in cluttered environments. In such environments, obstacles can be static or dynamic. Dynamic obstacles can additionally be interactive, i.e. changing their behavior according to the behavior of other entities. The perception and prediction modules of robotic systems create probabilistic representations and predictions of such environments. In this paper, we propose a novel prediction representation for interactive behaviors of dynamic obstacles. Then, we propose a real-time trajectory planning algorithm that probabilistically avoids collisions against static and interactive dynamic obstacles, and produces dynamically feasible trajectories. During decision making, our planner simulates the interactive behavior of dynamic obstacles in response to the actions planning robot takes. We explicitly minimize collision probabilities against static and dynamic obstacles using a multi-objective search formulation. Then, we formulate a quadratic program to safely fit a smooth trajectory to the search result while attempting to preserve the collision probabilities computed during search. We evaluate our algorithm extensively in simulations to show its performance under different environments and configurations using 78000 randomly generated cases. We compare its performance to a state-of-the-art trajectory planning algorithm for static and dynamic obstacle avoidance using 4500 randomly generated cases. We show that our algorithm achieves up to 3.8x success rate using as low as 0.18x time the baseline uses. We implement our algorithm for physical quadrotors, and show its feasibility in the real world.


翻译:无碰撞移动机器人导航是诸多机器人应用中的重要问题,尤其在杂乱环境中尤为突出。此类环境中的障碍物可分为静态与动态两类,其中动态障碍物可能具有交互性,即其行为会根据其他实体的行为发生改变。机器人系统的感知与预测模块会生成此类环境的概率化表征与预测。本文首先提出一种新型的交互式动态障碍物行为预测表征,进而设计一种实时轨迹规划算法,该算法能够概率性避开静态与交互式动态障碍物,并生成动态可行的轨迹。在决策过程中,我们的规划器会模拟动态障碍物对规划机器人动作的交互反应,通过多目标搜索方案显式最小化与静态及动态障碍物的碰撞概率。随后,我们构建二次规划模型,在尽可能保留搜索阶段碰撞概率的前提下,将平滑轨迹安全拟合至搜索结果。通过78000个随机生成案例,我们在仿真环境中系统评估了该算法在不同环境与配置下的性能表现,并与采用4500个随机生成案例的当前最先进静动态障碍物避障轨迹规划算法进行对比。结果表明,本算法成功率达基准算法的3.8倍,而运行时间仅为其0.18倍。最后,我们在实体四旋翼飞行器上实现该算法,验证了其在真实环境中的可行性。

0
下载
关闭预览

相关内容

IFIP TC13 Conference on Human-Computer Interaction是人机交互领域的研究者和实践者展示其工作的重要平台。多年来,这些会议吸引了来自几个国家和文化的研究人员。官网链接:http://interact2019.org/
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
谷歌足球游戏环境使用介绍
CreateAMind
33+阅读 · 2019年6月27日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18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
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
20+阅读 · 2021年9月22日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Arxiv
24+阅读 · 2018年10月24日
VIP会员
最新内容
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
0+阅读 · 29分钟前
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
13+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
6+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
5+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
4+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
7+阅读 · 6月9日
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
9+阅读 · 6月9日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
谷歌足球游戏环境使用介绍
CreateAMind
33+阅读 · 2019年6月27日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18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
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员