双层最优运动规划(BOMP)模型及其在自主泊车中的应用
机器人学
2023-12-04 v1
摘要
在本文中，我们提出一种用于自主泊车的双层最优运动规划(BOMP)模型。BOMP模型将运动规划视为一个最优控制问题，其中上层针对车辆非线性动力学设计，下层针对几何无碰撞约束设计。BOMP模型的显著特征是下层是一个线性规划问题，作为上层问题的约束。即，一个最优控制问题包含了一个嵌入式优化问题作为约束。传统最优控制方法无法直接求解BOMP问题。因此，应用改进的近似Karush-Kuhn-Tucker理论生成一般非线性最优控制问题。随后伪谱最优控制方法求解转化后的问题。特别地，下层是函数，充当凸多面体对象之间的距离函数。多面体比球体或椭球体能更高精度地近似车辆。此外，提出了改进的函数(MJ)和基于活动点的改进函数(APMJ)以减少变量数量与时间复杂度。据此，提出了一种考虑动力学可行性与无碰撞特性的自主泊车迭代两阶段BOMP算法。MJ函数用于初始阶段寻找初始无碰撞近似最优轨迹及活动点，随后APMJ函数在最终阶段求出最优轨迹。Turtlebot3上的仿真结果与实验验证了BOMP模型，并表明计算速度相比基于面积准则的碰撞避免方法提升了近两个数量级。
引用
@article{arxiv.2312.00314,
title = {A bilevel optimal motion planning (BOMP) model with application to autonomous parking},
author = {Shenglei Shi and Youlun Xiong and Jiankui Chen and Caihua Xiong},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.00314},
year = {2023}
}