Efficient trajectory optimization is essential for avoiding collisions in unstructured environments, but it remains challenging to have both speed and quality in the solutions. One reason is that second-order optimality requires calculating Hessian matrices that can grow with $O(N^2)$ with the number of waypoints. Decreasing the waypoints can quadratically decrease computation time. Unfortunately, fewer waypoints result in lower quality trajectories that may not avoid the collision. To have both, dense waypoints and reduced computation time, we took inspiration from recent studies on consensus optimization and propose a distributed formulation of collocated trajectory optimization. It breaks a long trajectory into several segments, where each segment becomes a subproblem of a few waypoints. These subproblems are solved classically, but in parallel, and the solutions are fused into a single trajectory with a consensus constraint that enforces continuity of the segments through a consensus update. With this scheme, the quadratic complexity is distributed to each segment and enables solving for higher-quality trajectories with denser waypoints. Furthermore, the proposed formulation is amenable to using any existing trajectory optimizer for solving the subproblems. We compare the performance of our implementation of trajectory splitting against leading motion planning algorithms and demonstrate the improved computational efficiency of our method.


翻译:高效轨迹优化对于避免在非结构化环境中发生碰撞至关重要,但是,在解决方案中保持速度和质量仍然具有挑战性。原因之一是,第二阶优化需要计算赫萨基矩阵,而赫萨基矩阵可以随着路径点数的增加而以美元(N ⁇ 2/2)美元增长。降低路点可以四进制减少计算时间。不幸的是,减少路点会导致质量轨迹降低,从而可能无法避免碰撞。为了既有密集的路点和减少计算时间,我们从最近关于共识优化的研究中得到灵感,并提出一个分布式的轨道优化组合。它打破了一条长的轨迹,每个段会成为几个路径点的子的子问题。这些次问题是典型地解决的,但平行解决,而解决方案会融合到一个单一的轨迹轨迹中,通过协商一致的更新来保证各段的连续性。根据这个办法,四进式复杂度将分布到每个段,并能够解决质量更高的轨迹和较稠密的轨迹优化的轨迹优化的轨迹优化的轨迹。此外,拟议公式将使我们的轨迹轨迹上的进度与任何最佳的轨迹轨迹法化方法进行对比。

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