In this article we propose a reactive constrained navigation scheme, with embedded obstacles avoidance for an Unmanned Aerial Vehicle (UAV), for enabling navigation in obstacle-dense environments. The proposed navigation architecture is based on Nonlinear Model Predictive Control (NMPC), and utilizes an on-board 2D LiDAR to detect obstacles and translate online the key geometric information of the environment into parametric constraints for the NMPC that constrain the available position-space for the UAV. This article focuses also on the real-world implementation and experimental validation of the proposed reactive navigation scheme, and it is applied in multiple challenging laboratory experiments, where we also conduct comparisons with relevant methods of reactive obstacle avoidance. The solver utilized in the proposed approach is the Optimization Engine (OpEn) and the Proximal Averaged Newton for Optimal Control (PANOC) algorithm, where a penalty method is applied to properly consider obstacles and input constraints during the navigation task. The proposed novel scheme allows for fast solutions, while using limited on-board computational power, that is a required feature for the overall closed loop performance of an UAV and is applied in multiple real-time scenarios. The combination of built-in obstacle avoidance and real-time applicability makes the proposed reactive constrained navigation scheme an elegant framework for UAVs that is able to perform fast nonlinear control, local path-planning and obstacle avoidance, all embedded in the control layer.


翻译:在本篇文章中,我们提出了一个被动的限制性导航计划,为无人驾驶航空飞行器(无人驾驶飞行器)避免在障碍环境中进行导航设置了内在障碍,拟议的导航结构以非线性模型预测控制(NMPC)为基础,并利用2D LiDAR上载的2D LiDAR系统检测障碍,将环境的关键几何信息在线转化为限制无人驾驶飞行器现有位置空间的NMPC的参数限制。本条还侧重于拟议被动导航计划的实际实施和实验性验证,并用于多种具有挑战性的实验室实验,我们在此实验中也与相关反应性障碍避免方法进行比较。拟议方法中使用的解决方案是优化化引擎(OpEn)和优化控制(PANOC)的Proximal Avid Newton算法,该算法用于适当考虑导航任务期间的障碍和输入空间。拟议的新办法允许快速解决方案,同时使用有限的机载计算能力,这是UAVA的全面闭路循环性表现的一个必要特征,并且用于多种实际障碍性障碍性、稳定的快速控制框架。

0
下载
关闭预览

相关内容

强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
177+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10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
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Tutorial
中国图象图形学学会CSIG
3+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月2日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月29日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015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
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
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年8月18日
VIP会员
相关资讯
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Tutorial
中国图象图形学学会CSIG
3+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月2日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月29日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015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
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
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员