Autonomie du mouvement en environnements dynamiques : Une approche élastique

voir basilic : http://emotion.inrialpes.fr/bibemotion/2007/Del07/ school: Institut National Polytechnique de Grenoble & Université Joseph FourierLa déformation de mouvement consiste à adapter le mouvement d'un robot mobile dans un environnement dynamique. Elle a pour but de modifier un mouvement initial planifié afin d'éviter les collisions avec les obstacles dynamiques de l'environnement tout en garantissant le maintient de la connectivité du chemin ou de la trajectoire considéré. Les méthodes proposées à ce jour tendaient à appliquer la déformation sur un chemin géométrique défini entre une position initiale et une position finale. Le principal problème d'une déformation de chemin est d'être limitée à une homotopie ie. une déformation continue du chemin initial. Nous proposons alors d'augmenter l'espace de travail de la déformation de la dimension temporelle. Nous présentons ainsi une déformation de trajectoire au lieu d'une simple déformation de chemin, permettant d'appliquer sur celle-ci, en plus des déformations spatiales proposées précédemment, des déformations temporelles calculées à partir d'un modèle prévisionnel du futur de l'environnement. Celles-ci permettent alors d'adapter la vitesse du véhicule laissant plus de souplesse aux manoeuvres effectuées par le robot mobile pour éviter les obstacles

Navigation autonome en environnement dynamique : une approche par déformation de trajectoire

This thesis presents a navigation method in uncertain and dynamic en- vironment. More precisely, it consists in determining the motion of a robot from an initial position to a goal one, while preventing the robot to collide with the other agents evolving in its environment. Between deliberative approaches - consisting in determining a priori a complete motion to the goal - and reactive approaches - computing a new motion to execute at each time step during the robot navigation - have arisen the motion deformation approaches, combining a motion planning method with a reactive obstacle avoidance process. Their principle is simple : A priori complete motion is planned up to the goal and provided to the robotic system. During the course of the execution, the remaining part of the motion to execute is continually deformed in response to information provided by the sensors. The robot is consequently able to adapt its motion to the behaviour of the moving obstacles or to the incompleteness of its environment knowledge. Most of the existing motion deformation methods only deform the geometric path followed by the robot. We propose thus to extend the previous approaches to a trajectory deformation approach that modify the followed motion either in space or time. To do it, trajectory deformation reason on an estimation of the future motion of the obstacles. By preventing the trajectory followed by the robot to collide with a forecast model of the future motion of the obstacles, the robotic system may anticipate their motion. As the deformed trajectory is arbitrarily modified in time and space, one of the major difficulties of the approach is to keep the motion constraints of the robot satisfied along the trajectory. In that aim, a trajectory generation approach with a final time constraint has thus been developed. By discretizing the deformed trajectory in a sequence of state-times, the trajectory generation process allows to check if a feasible motion exists between each triplet of successive state-times, and should the opposite case occur they are modified to restore the connectivity of the deformed trajectory. The trajectory deformation and trajectory generation with final time constraints have been illustrated by simulation results, and a few experiments have been proceeded on an automated wheelchair.Cette thèse aborde le problème de navigation d'un système robotique en environnement dynamique et incertain. Plus particulièrement, elle s'intéresse à la détermination du mouvement pour un robot, permettant de rejoindre une position donnée tout en assurant sa propre sécurité et celle des différents agents qui l'entourent. Entre approches délibératives - consistant à déterminer à priori un mouvement complet vers le but - et approches réactives - calculant au cours de la navigation un mouvement à suivre à chaque instant - ont émergé les approches de déformation de mouvement, combinant à la fois une planification de mouvement globale avec un évitement d'obstacles réactif local. Leur principe est simple : un chemin complet jusqu'au but est calculé à priori et fourni au système robotique. Au cours de l'exécution, la partie du mouvement restant être exécutée est déformée continuellement en réponse aux informations sur l'environnement récupérées par les capteurs. Le système peut ainsi modifier son parcours en fonction du déplacement d'obstacles ou de l'imprécision et l'incomplétude de sa connaissance de l'environnement. La plupart des approches de déformations existantes se contentaient de modifier uniquement le chemin géométrique suivi par le robot. Nous proposons alors d'étendre les travaux précédents à une déformation de trajectoire modifiant le mouvement suivi à la fois dans l'espace et dans le temps. Pour ce faire, nous proposons de raisonner sur le futur en utilisant une estimation du comportement futur des obstacles mobiles. En éloignant la trajectoire suivie par le robot du modèle prévisionnel du comportement des obstacles, il est ainsi possible d'anticiper leur mouvement. La trajectoire déformée étant modifiée arbitrairement dans l'espace et dans le temps, l'une des principales difficultés de cette approche consiste à maintenir le respect des contraintes sur le mouvement du robot le long de cette trajectoire et sa convergence vers le but. Une approche de génération de trajectoire avec contrainte sur le temps final a été développée dans ce but. En discrétisant la trajectoire déformée en une séquence d'états-temps successifs, le générateur de trajectoires permet de vérifier si un mouvement faisable existe entre chaque triplé d'états-temps de la trajectoire déformée, et dans le cas contraire de la modifier localement afin de restaurer sa faisabilité. Les approches de déformation et de génération de trajectoire proposées ont été illustrées en simulation puis quelques expérimentations ont été réalisées sur une chaise roulante automatisée

Autonomie du mouvement en environnements dynamiques : Une approche élastique

voir basilic : http://emotion.inrialpes.fr/bibemotion/2007/Del07/ school: Institut National Polytechnique de Grenoble & Université Joseph FourierLa déformation de mouvement consiste à adapter le mouvement d'un robot mobile dans un environnement dynamique. Elle a pour but de modifier un mouvement initial planifié afin d'éviter les collisions avec les obstacles dynamiques de l'environnement tout en garantissant le maintient de la connectivité du chemin ou de la trajectoire considéré. Les méthodes proposées à ce jour tendaient à appliquer la déformation sur un chemin géométrique défini entre une position initiale et une position finale. Le principal problème d'une déformation de chemin est d'être limitée à une homotopie ie. une déformation continue du chemin initial. Nous proposons alors d'augmenter l'espace de travail de la déformation de la dimension temporelle. Nous présentons ainsi une déformation de trajectoire au lieu d'une simple déformation de chemin, permettant d'appliquer sur celle-ci, en plus des déformations spatiales proposées précédemment, des déformations temporelles calculées à partir d'un modèle prévisionnel du futur de l'environnement. Celles-ci permettent alors d'adapter la vitesse du véhicule laissant plus de souplesse aux manoeuvres effectuées par le robot mobile pour éviter les obstacles

Navigation autonome en environnement dynamique : une approche par déformation de trajectoire

This thesis presents a navigation method in uncertain and dynamic en- vironment. More precisely, it consists in determining the motion of a robot from an initial position to a goal one, while preventing the robot to collide with the other agents evolving in its environment. Between deliberative approaches - consisting in determining a priori a complete motion to the goal - and reactive approaches - computing a new motion to execute at each time step during the robot navigation - have arisen the motion deformation approaches, combining a motion planning method with a reactive obstacle avoidance process. Their principle is simple : A priori complete motion is planned up to the goal and provided to the robotic system. During the course of the execution, the remaining part of the motion to execute is continually deformed in response to information provided by the sensors. The robot is consequently able to adapt its motion to the behaviour of the moving obstacles or to the incompleteness of its environment knowledge. Most of the existing motion deformation methods only deform the geometric path followed by the robot. We propose thus to extend the previous approaches to a trajectory deformation approach that modify the followed motion either in space or time. To do it, trajectory deformation reason on an estimation of the future motion of the obstacles. By preventing the trajectory followed by the robot to collide with a forecast model of the future motion of the obstacles, the robotic system may anticipate their motion. As the deformed trajectory is arbitrarily modified in time and space, one of the major difficulties of the approach is to keep the motion constraints of the robot satisfied along the trajectory. In that aim, a trajectory generation approach with a final time constraint has thus been developed. By discretizing the deformed trajectory in a sequence of state-times, the trajectory generation process allows to check if a feasible motion exists between each triplet of successive state-times, and should the opposite case occur they are modified to restore the connectivity of the deformed trajectory. The trajectory deformation and trajectory generation with final time constraints have been illustrated by simulation results, and a few experiments have been proceeded on an automated wheelchair.Cette thèse aborde le problème de navigation d'un système robotique en environnement dynamique et incertain. Plus particulièrement, elle s'intéresse à la détermination du mouvement pour un robot, permettant de rejoindre une position donnée tout en assurant sa propre sécurité et celle des différents agents qui l'entourent. Entre approches délibératives - consistant à déterminer à priori un mouvement complet vers le but - et approches réactives - calculant au cours de la navigation un mouvement à suivre à chaque instant - ont émergé les approches de déformation de mouvement, combinant à la fois une planification de mouvement globale avec un évitement d'obstacles réactif local. Leur principe est simple : un chemin complet jusqu'au but est calculé à priori et fourni au système robotique. Au cours de l'exécution, la partie du mouvement restant être exécutée est déformée continuellement en réponse aux informations sur l'environnement récupérées par les capteurs. Le système peut ainsi modifier son parcours en fonction du déplacement d'obstacles ou de l'imprécision et l'incomplétude de sa connaissance de l'environnement. La plupart des approches de déformations existantes se contentaient de modifier uniquement le chemin géométrique suivi par le robot. Nous proposons alors d'étendre les travaux précédents à une déformation de trajectoire modifiant le mouvement suivi à la fois dans l'espace et dans le temps. Pour ce faire, nous proposons de raisonner sur le futur en utilisant une estimation du comportement futur des obstacles mobiles. En éloignant la trajectoire suivie par le robot du modèle prévisionnel du comportement des obstacles, il est ainsi possible d'anticiper leur mouvement. La trajectoire déformée étant modifiée arbitrairement dans l'espace et dans le temps, l'une des principales difficultés de cette approche consiste à maintenir le respect des contraintes sur le mouvement du robot le long de cette trajectoire et sa convergence vers le but. Une approche de génération de trajectoire avec contrainte sur le temps final a été développée dans ce but. En discrétisant la trajectoire déformée en une séquence d'états-temps successifs, le générateur de trajectoires permet de vérifier si un mouvement faisable existe entre chaque triplé d'états-temps de la trajectoire déformée, et dans le cas contraire de la modifier localement afin de restaurer sa faisabilité. Les approches de déformation et de génération de trajectoire proposées ont été illustrées en simulation puis quelques expérimentations ont été réalisées sur une chaise roulante automatisée

Reactive Trajectory Deformation To Navigate Dynamic Environments

Path deformation is a technique that was introduced to generate robot motion wherein a path, that has been computed beforehand, is continuously deformed on-line in response to unforeseen obstacles. In an effort to improve path deformation, this paper presents a trajectory deformation scheme. The main idea is that by incorporating the time dimension and hence information on the obstacles ’ future behaviour, quite a number of situations where path deformation would fail can be handled. The trajectory represented as a space-time curve is subject to deformation forces both external (to avoid collision with the obstacles) and internal (to maintain trajectory feasibility and connectivity). The trajectory deformation scheme has been tested successfully on a planar robot with double integrator dynamics moving in dynamic environments

Navigating Dynamic Environments with Trajectory Deformation

International audiencePath deformation is a technique that was introduced to generate robot motion wherein a nominal path, that has been computed beforehand, is continuously deformed on-line in response to unforeseen obstacles. In an effort to improve path deformation, this paper presents a trajectory deformation scheme. The main idea is that by incorporating the time dimension and hence information on the obstacles' future behaviour, quite a number of situations where path deformation would fail can be handled. The trajectory represented as a discrete space-time curve is subject to deformation forces both external (to avoid collision with the obstacles) and internal (to maintain trajectory feasibility and connectivity). The trajectory deformation scheme has been tested successfully on a planar robot with double integrator dynamics moving in dynamic environments

Tiji, a Generic Trajectory Generation Tool for Motion Planning and Control

Trajectory generation consists in computing a feasible trajectory between a start and a goal state-time, for a given robotic system. We presented in our previous works a trajectory generator called Tiji, geared towards complex dynamic systems subject to differential constraints. Moreover, it is able to handle a final time constraint, ie an interval of time during which the goal state must be reached, and to provide an admissible trajectory that ends close to the goal state-time if no solution exists to connect both states. This paper is a natural extension of these works, and presents several applications of our trajectory generator. Arbitrary robotic systems may be handled. Furthermore, the control-oriented nature of Tiji and its ability to handle a final time constraint makes it a useful tool to embed into various reactive approaches (trajectory tracking, obstacle avoidance). Simulation and experimental results illustrate the different systems and navigation approaches in which Tiji has been embedded

Navigating Dynamic Environments Using Trajectory Deformation

Path deformation is a technique that was introduced to generate robot motion wherein a path, that has been computed beforehand, is continuously deformed on-line in response to unforeseen obstacles. In an effort to improve path deformation, this paper presents a trajectory deformation scheme. The main idea is that by incorporating the time dimension and hence information on the obstacles ’ future behaviour, quite a number of situations where path deformation would fail can be handled. The trajectory represented as a space-time curve is subject to deformation forces both external (to avoid collision with the obstacles) and internal (to maintain trajectory feasibility and connectivity). The trajectory deformation scheme has been tested successfully on a planar robot with double integrator dynamics and a car-like vehicle

Real-Time Trajectory Generation for Car-like Vehicles Navigating Dynamic Environments

International audienceThis paper presents Tiji, a trajectory generation scheme, i.e. an algorithm that computes a feasible trajectory between a start and a goal state, for a given robotic system. Tiji is geared towards complex dynamic systems subject to differential constraints, such as wheeled vehicles, and its efficiency warrants it can be used in real-time. Above all, Tiji is able to compute a trajectory that reaches the goal state at a prescribed final time in order to avoid collision with the moving objects of the environment. The method proposed, which relies upon a parametric trajectory representation, is variational in nature. The trajectory parameters are incrementally updated in order to optimize of a cost function involving the distance between the end of the trajectory computed and the (goal state, final time) pair. Should the goal state be unreachable (if the final time is ill-chosen), the method returns a trajectory that ends as close as possible to the (goal state, final time) pair, which can be useful in certain applications