Recently, many reactive trajectory planning approaches were suggested in the literature because of their inherent immediate adaption in the ever more demanding cluttered and unpredictable environments of robotic systems. However, typically those approaches are only locally reactive without considering global path planning and no guarantees for simultaneous collision avoidance and goal convergence can be given. In this paper, we study a recently developed circular field (CF)-based motion planner that combines local reactive control with global trajectory generation by adapting an artificial magnetic field such that multiple trajectories around obstacles can be evaluated. In particular, we provide a mathematically rigorous analysis of this planner in a planar environment to ensure safe motion of the controlled robot. Contrary to existing results, the derived collision avoidance analysis covers the entire CF motion planning algorithm including attractive forces for goal convergence and is not limited to a specific choice of the rotation field, i.e., our guarantees are not limited to a specific potentially suboptimal trajectory. Our Lyapunov-type collision avoidance analysis is based on the definition of an (equivalent) two-dimensional auxiliary system, which enables us to provide tight, if and only if conditions for the case of a collision with point obstacles. Furthermore, we show how this analysis naturally extends to multiple obstacles and we specify sufficient conditions for goal convergence. Finally, we provide a challenging simulation scenario with multiple non-convex point cloud obstacles and demonstrate collision avoidance and goal convergence.


翻译:最近,文献中提出了许多被动的轨迹规划方法,因为这些方法在机器人系统越来越困难和不可预测的环境中具有内在的即时适应性。然而,通常这些方法只是局部反应,没有考虑全球路径规划,也没有同时避免碰撞和目标趋同的保证。在本文件中,我们研究了最近开发的循环字段(CF)运动规划程序,将局部反应控制与全球轨迹生成结合起来,为此调整了一个人工磁场,从而可以评估障碍周围的多重轨迹。特别是,我们从数学角度对这个规划人员在规划环境中进行严格分析,以确保受控机器人的安全运动。与现有结果相反,衍生的避免碰撞分析涵盖整个CFC运动规划算法,包括目标趋同的吸引力力量,而不限于对旋转场的具体选择,即,我们的保证并不局限于特定的潜在亚性轨道。我们的Lyapunov类型的避免碰撞分析基于一个(等值)二维辅助系统的定义,它使我们能够提供紧凑紧凑的、如果并且只有在有条件的情况下才能保证受控的机器人的安全运动。我们所得出的避免碰撞避免碰撞的计算方法与具有挑战性障碍。我们最后展示了多重目标的多重目标。我们如何展示了一种不扩展目标。我们如何提供一种不扩展的模拟的模拟,我们如何使多重障碍。

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