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機器人運動規(guī)劃算法-曲線插值擬合算法

編輯:創(chuàng)澤底盤      發(fā)布時間:2022/8/19      來源:混沌無形

曲線插值擬合算法在曲線平滑控制及優(yōu)化方面有顯著的優(yōu)勢,按照曲線生成方式及其種類可分為:基于插值的規(guī)劃算法、基于特殊曲線的規(guī)劃算法及基于優(yōu)化的規(guī)劃算法三類,該類算法在自動駕駛等L域有著廣泛的應用。

插值多項式曲線

Chang等人提出QPMI (Quadratic Polynomial and Membership Interpolation)算法可創(chuàng)建無碰撞、無龍格現象的曲率連續(xù)曲線,并使用Pan算法檢測曲線碰撞點位置,并通過增加子錨點以重規(guī)劃無碰撞路徑,但在復雜擁擠環(huán)境下的碰撞檢測及重規(guī)劃成本較G[2]。

Werling等人基于道路建立Frenet坐標系,將無人車運動分解為縱向、橫向運動,并分別建立路程-時間的五次多項式方程,考慮避障約束、舒適度等因素及其長期運動模式(換道、合并等)設計優(yōu)化目標函數,結合始末運動狀態(tài),輸出Z佳運動控制量[3]。

貝塞爾曲線

Han等人綜合局部柵格圖中的全局路徑及障礙物影響以確定控制點,生成無碰撞的四階貝塞爾曲線作為局部路徑,并使用PID控制器根據曲線[6]。

González等人針對單岔口、連續(xù)岔口場景使用三階貝塞爾曲線過渡,并提出曲率評估權重算法調節(jié)控制點以保證曲線曲率(起始點、終止點及中間段)連續(xù)且滿足Z大曲率約束,并被集成到RITS自動駕駛系統[7]。

樣條曲線

Elbanhawi等人針對類車機器人提出B樣條曲線與RRT相結合的方法,利用B樣條曲線平滑性好的特點以降低搜索維度,快速生成適用于輪式機器人的曲率連續(xù)曲線[8]。

NURBS曲線是特殊的B樣條曲線,Belaidi等人針對移動機器人在三維環(huán)境下的運動規(guī)劃問題,采用NURBS曲線生成平滑的路徑[9]。

總體而言,基于插值擬合算法已經能夠在諸多場景下的規(guī)劃生成一條無碰撞路徑,且應用較為廣泛,比如TEB算法就被作為ROS navigation stack中l(wèi)ocal planner的算法之一,Dubins曲線或R&S曲線常被應用于自動泊車L域。隨著諸多學者的改進升J,基于插值擬合算法的實時性和動態(tài)適應性逐漸提升,但多數算法仍存在優(yōu)化計算容易陷入局部Z小值、計算復雜等問題,但隨著硬件計算能力的提升,相關算法已經被應用于實際。


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