Computing kinodynamically feasible motion plans and repairing them on-the-fly as the environment changes is a challenging, yet relevant problem in robot-navigation. We propose a novel online single-query sampling-based motion re-planning algorithm - PiP-X, using finite-time invariant sets - funnels. We combine concepts from sampling-based methods, nonlinear systems analysis and control theory to create a single framework that enables feedback motion re-planning for any general nonlinear dynamical system in dynamic workspaces. A volumetric funnel-graph is constructed using sampling-based methods, and an optimal funnel-path from robot configuration to a desired goal region is then determined by computing the shortest-path subtree in it. Analysing and formally quantifying the stability of trajectories using Lyapunov level-set theory ensures kinodynamic feasibility and guaranteed set-invariance of the solution-paths. The use of incremental search techniques and a pre-computed library of motion-primitives ensure that our method can be used for quick online rewiring of controllable motion plans in densely cluttered and dynamic environments. We represent traversability and sequencibility of trajectories together in the form of an augmented directed-graph, helping us leverage discrete graph-based replanning algorithms to efficiently recompute feasible and controllable motion plans that are volumetric in nature. We validate our approach on a simulated 6DOF quadrotor platform in a variety of scenarios within a maze and random forest environment. From repeated experiments, we analyse the performance in terms of algorithm-success and length of traversed-trajectory.


翻译:由于环境变化是一个具有挑战性、但却与机器人导航相关的问题,我们建议采用新的在线单克取样制样运动再规划算法-PiP-X,使用固定时间变换装置-漏斗。我们将基于取样的方法、非线性系统分析和控制理论的概念结合起来,以创建一个单一框架,使在动态工作空间中的任何普通非线性动态系统能够进行反馈运动再规划。使用基于取样的方法构建了体积传动图,而从机器人配置到理想目标区域的最佳复流路径则通过计算其最短路径子树来决定。用Lyapunov定级理论分析和正式量化轨迹稳定性,确保动态可行性和保证解决方案路径的定位变异性。在动态工作空间中,使用基于递增的搜索技术,以及从可预译的平面变缩缩缩略图库,确保我们的方法能够用于快速的从机器人配置途径,从机器人配置到理想的目标区域,然后通过计算其最短路径的子流流流转的子流流流流流分析,在基的动态环境中,一个可控性平流化的递增变变变的机环境中,一个动态平流性平流和动态平变压平。

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