Bidirectional path and motion planning approaches decrease planning time, on average, compared to their unidirectional counterparts. In the context of single-query feasible motion planning, using bidirectional search to find a continuous motion plan requires an explicit connection between the forward search tree and the reverse search tree. Such a tree-tree connection requires solving a two-point Boundary Value Problem (BVP). However, two-point BVP solution can be difficult or impossible to calculate for many types of vehicles (using numerical methods to find a solution, such as shooting approaches may be computationally expensive and is sometimes numerically unstable). To overcome this challenge, we present a generalized bidirectional search algorithm that does not require solving two-point BVP. Instead of connecting the two trees directly, our algorithm uses the cost information of the reverse tree as a guiding heuristic for forward search. This enables the forward search to quickly converge to a full feasible solution without an explicit tree-tree connection and without the solution to a two-point BVP. We run multiple software simulations in different environments and using dynamics of different vehicles along with real-world hardware experiments to show that our approach performs very close or better than existing state of the art approaches in terms of quickly converging to an initial feasible solution.


翻译:双向路径和运动规划方法平均比单向路径和运动规划方法平均减少规划时间。在单向可行的运动规划中,使用双向搜索来寻找连续运动计划需要前方搜索树和反向搜索树之间的明确联系。这种树树连接需要解决两点边界值问题。然而,两点BVP解决方案可能很难或不可能对许多类型的车辆进行计算(使用数字方法来寻找解决办法,例如射击方法可能计算成本很高,有时数字不稳定)。为了克服这一挑战,我们提出了一种一般的双向双向搜索算法,不需要解决双点BVP。 我们的算法不是直接连接这两棵树,而是将反向树的成本信息用作前方搜索的引导性偏重。这样,前方搜索就可以在没有明确的树-树联系和两点可行的BVP解决方案的解决方案的情况下,迅速趋于完全可行的解决方案。我们在不同的环境中进行多种软件模拟,并使用不同车辆的动态,同时进行实体-世界硬件解决方案的初始实验,以显示我们目前采用的方法,而不是最接近的先进方法。

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