Motion planners for mobile robots in unknown environments face the challenge of simultaneously maintaining both robustness against unmodeled uncertainties and persistent feasibility of the trajectory-finding problem. That is, while dealing with uncertainties, a motion planner must update its trajectory, adapting to the newly revealed environment in real-time; failing to do so may involve unsafe circumstances. Many existing planning algorithms guarantee these by maintaining the clearance needed to perform an emergency brake, which is itself a robust and persistently feasible maneuver. However, such maneuvers are not applicable for systems in which braking is impossible or risky, such as fixed-wing aircraft. To that end, we propose a real-time robust planner that recursively guarantees persistent feasibility without any need of braking. The planner ensures robustness against bounded uncertainties and persistent feasibility by constructing a loop of sequentially composed funnels, starting from the receding horizon local trajectory's forward reachable set. We implement the proposed algorithm for a robotic car tracking a speed-fixed reference trajectory. The experiment results show that the proposed algorithm can be run at faster than 16 Hz, while successfully keeping the system away from entering any dead-end, to maintain safety and feasibility.


翻译:在未知环境中移动机器人的运动规划者面临同时保持稳健性以对抗未建模的不确定性和轨迹探测问题的持久性可行性的挑战。 也就是说,在应对不确定性的同时,运动规划者必须更新其轨迹,在实时情况下适应新披露的环境;不这样做可能涉及不安全的情况。 许多现有的规划算法通过保持执行紧急刹车所需的许可来保证这些运行,这本身就是一种稳健和持续的可行动作。 但是,这种操纵不适用于无法或有风险的制动系统,如固定翼飞机。 为此,我们提议建立一个实时强健规划器,在不需要刹车的情况下,循环地保证持久性的可行性。 规划者通过建立按顺序组成的漏斗,从后退地平线本地轨道的可远达目标开始,确保稳健稳住受约束的不确定性和持久性的可行性。 我们实施了为机器人汽车跟踪速度固定参考轨迹而提议的算法。 实验结果表明, 拟议的算法可以比16赫兹更快的速度运行, 同时成功地避免系统进入任何死端, 以维持安全和可行性。

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