Optimal kinodynamic planning for autonomous vehicles
Başak Sakçak · 2018
La pianificazione del moto e uno dei fattori piu importanti che influenzano il funzionamento di un veicolo autonomo ed e finalizzata a trovare un movimento privo di collisioni che guidi il veicolo da una configurazione iniziale a una finale. In particolare, la pianificazione del moto con vincoli cinematici e dinamici affronta proprio questo problema, tenendo conto anche della dinamica del sistema in modo che la soluzione risultante possa essere efefttivamente eseguita dal veicolo. Questa tesi affronta il problema della pianificazione del movimento ottimale con particolare attenzione allo sviluppo di pianificatori efficienti, considerando al contempo un modello dinamico realistico del veicolo. Il primo contributo e un pianificatore del moto a risoluzione ottimale, RRT * con Motion Primitives, che campiona lo spazio degli stati utilizzando una rappresentazione a griglia e generando un albero di traiettorie usando un database di primitive di movimento. Pertanto, la parte computazionalmente intensiva della risoluzione di un'azione di guida viene riportata alla fase preliminare della generazione del database, riducendo il carico computazionale durante la pianificazione in linea. Inoltre, l’approccio proposto consente di calcolare il vero “cost-to-go” e migliora la convergenza, guidando l'espansione dell'albero. L'algoritmo risulta essere asintoticamente ottimale al tendere a zero della risoluzione della griglia e al tendere all’infinito del numero di nodi. La (sub) ottimalita causata dalla griglia puo essere regolata per ottenere un compromesso tra la dimensione del database ed il peggioramento delle prestazioni. La seconda parte della tesi si concentra sui vincoli topologici nella pianificazione del moto. In particolare, elabora un approccio disaccoppiato che consiste nel generare sistematicamente vincoli di classe di omotopia e nell’imporre questi vincoli durante la fase di pianificazione, per ottenere traiettorie ottimali locali distinte appartenenti a classi di omotopia diverse. Il contributo in questo caso e duplice: in primo luogo, viene proposto un pianificatore ottimale basato su vincoli di classe di omotopia e su un controllo ottimale, che decompone il problema generale della generazione di traiettorie in sottosistemi piu semplici e, in secondo luogo, RRT*_MotionPrimitives e potenziato con l’applicazione dell'omotopia, che consente di generare buone traiettorie. Infine, gli algoritmi proposti sono applicati a un particolare problema di pianificazione del moto che tenga conto di specifici punti di riferimento attraverso cui la traiettoria deve passare. Per questo, il problema di pianificazione del moto viene riformulato come un problema di pianificazione multi-obiettivo, in cui il veicolo deve mantenere la sua connessione con almeno un punto di riferimento in ogni momento, senza interpolare esplicitamente un insieme di quelli selezionati.