Autonomously driving vehicles must be able to navigate in dynamic and unpredictable environments in a collision-free manner. So far, this has only been partially achieved in driverless cars and warehouse installations where marked structures such as roads, lanes, and traffic signs simplify the motion planning and collision avoidance problem. We are presenting a new control framework for car-like vehicles that is suitable for virtually any environment. It is based on an unprecedentedly fast-paced A* implementation that allows the control cycle to run at a frequency of 33~Hz. Due to an efficient heuristic consisting of rotate-translate-rotate motions laid out along the shortest path to the target, our Short Term Aborting A* (STAA*) can be aborted early in order to maintain a high and steady control rate. This enables us to place our STAA* algorithm as a low-level replanning controller that is well suited for navigation and collision avoidance in dynamic environments. While our STAA* expands states along the shortest path, it takes care of collision checking with the environment including predicted future states of moving obstacles, and returns the best solution found when the computation time runs out. Despite the bounded computation time, our STAA* does not get trapped in environmental minima due to the following of the shortest path. In simulated experiments, we demonstrate that our control approach is superior to an improved version of the Dynamic Window Approach with predictive collision avoidance capabilities.


翻译:自动驾驶车辆必须能够在充满活力和不可预测的环境中以不发生碰撞的方式驾驶,迄今为止,仅部分地在无人驾驶的汽车和仓库设施中实现了这一点,在这些设施中,诸如道路、车道和交通标志等标志性结构简化了机动规划和避免碰撞问题。我们正在为汽车型车辆提出一个新的控制框架,这种框架实际上适合任何环境。它基于前所未有的快速速度A* 执行,使控制周期能够以33~Hz的频率运行。由于高效的超常化,包括沿最短的目标行进路线所铺设的旋转-翻译-旋转动作,我们的短期中断A* (STAA*) 可以提前中止运行,以便保持高稳定的控制率。这使我们能够将我们的STA* 算法作为低水平的再规划控制器,非常适合在动态环境中航行和避免碰撞。虽然我们的STA* 扩展了最短的路径,但要注意与环境的避免碰撞检查,包括预测未来障碍的移动状态,以及当我们计算时找到的最佳解决办法时,我们没有在最短的轨道上进行精确的轨道上展示。

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