Motion planning is a ubiquitous problem that is often a bottleneck in robotic applications. We demonstrate that motion planning problems such as minimum constraint removal, belief-space planning, and visibility-aware motion planning (VAMP) benefit from a path-dependent formulation, in which the state at a search node is represented implicitly by the path to that node. A naive approach to computing the feasibility of a successor node in such a path-dependent formulation takes time linear in the path length to the node, in contrast to a (possibly very large) constant time for a more typical search formulation. For long-horizon plans, performing this linear-time computation, which we call the lookback, for each node becomes prohibitive. To improve upon this, we introduce the use of a fully persistent spatial data structure (FPSDS), which bounds the size of the lookback. We then focus on the application of the FPSDS in VAMP, which involves incremental geometric computations that can be accelerated by filtering configurations with bounding volumes using nearest-neighbor data structures. We demonstrate an asymptotic and practical improvement in the runtime of finding VAMP solutions in several illustrative domains. To the best of our knowledge, this is the first use of a fully persistent data structure for accelerating motion planning.


翻译:移动规划是一个普遍存在的问题,往往成为机器人应用中的一个瓶颈。我们证明,运动规划问题,如最小限制清除、信仰空间规划和可见度运动规划(VAMP),得益于一个基于路径的配方,即搜索节点状态被该节点的路径暗含代表。在这种路径依赖的配方中计算后继节点的可行性的天真的方法,在通往节点的路径长度上需要时间线性时间,而对于更典型的搜索配方来说(可能是非常大的)恒定时间。对于长方位计划来说,进行这种线性时间的计算(我们称之为回看)变得令人望。为了改进这一配方,我们采用了一种完全持久的空间数据结构(FSDSDS),这种结构将连接回的大小。然后我们侧重于在VAMP节点的路径上应用FPSDSDS,这涉及通过使用近邻数据结构捆绑数量而加速的递增几何几何测计算。我们首先展示了一种快速的数据结构,在持续运行的轨道上,我们逐渐地改进了数据结构。

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