LOKALE NAVIGATION … oder wie finde ich den Weg
LOKALE NAVIGATION
… oder wie finde ich den Weg
INHALT
1. Elastic Band
2. VFH+
3. VFH*
4. Obstacle-Restriction Method (ORM)
5. Potentialfeld-Methode
6. Beam Curvature Methode (BCM)
ELASTIC BAND
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Voraussetzung: Pfad vom Pfadplaner
Position in der Systemhierarchie:
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Es werden 2 Kräfte auf den Pfad angewendet (dynamisch): Anziehende Kraft (glättet die
Ecken und "kürzt" den Pfad) Abstoßende Kraft (sorgt für
den Abstand zu Hindernissen)
Sollte das Band "reißen" d.h. unüberbrückbare Hindernisse auftauchen, benötigt es eine Anpassung des Pfades durch den (globalen) Pfadplaner
Beispiel: schließen einer vorher offenen Tür
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UMSETZUNG MIT BUBBLES (BLASEN)
Bubbles (Kreise bzw. Kugeln) werden iterativ mit dem Mittelpunkt auf dem Pfad platziert
Größe der Bubbles zeigt jeweils an, in welchem Raum sich der Roboter kollisionsfrei bewegen kann
Abstand zum vorherigen Bubble = Radius des neuen Bubbles - Konstante
Überlappung der Bubbles
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Automatische Veränderung der Größe der Bubbles bei Änderung des Pfades durch die Kräfte
Damit der Pfad nicht unterbrochen wird, werden in Freiräumen neue Bubbles eingefügt
Entfernung von Bubbles, deren rechter und linker Nachbar sich bereits überschneiden (Performance)
VFH+
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DER ALGORITHMUS
Erweiterung des herkömmlichen VFH Algorithmus
Bezieht die Breite des Roboters in die Wegplanung mit ein
Reduktion des Kartenrasters auf eindimensionale polare Histogramm, die um die momentane Position des Roboters herum aufgebaut werden
Wegberechnung durch Aufwandsrechnung
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ERSTE STUFE - PRIMARY POLAR HISTOGRAM
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ZWEITE STUFE - BINARY POLAR HISTOGRAM
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DRITTE STUFE - MASKED POLAR HISTOGRAM
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VIERTE STUFE – WAHL DER FAHRTRICHTUNG
Kostenfunktion:
1. Term: Differenz zwischen möglicher Richtung und Zielrichtung
2. Term Differenz zwischen möglicher Richtung und Orientierung des Roboters
3. Term: Differenz zwischen möglicher Richtung und vorher gewählter Fahrtrichtung
g ( c)=μ1⋅Δ ( c , k t )+ μ 2⋅Δ ( c ,θ iα )+ μ 3⋅Δ ( c , k n , i−1)
VFH*
Lokale Hindernisvermeidung mit Vorausuntersuchung
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EINLEITUNG
sucht nach Tälern in einem lokal entwickelten Polaren
Histogramm
VFH* verwendet den A* Suchalgorithmus, Kostenfunktionen und
heuristische Funktionen
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VFH* ALGORITHMUS
analysiert Konsequenzen für jede mögliche Richtung
Berechnung von Position und Ausrichtung nach geplanten Schritt
für jede mögliche Richtung
Berechnung der Kosten g(c) und heuristischen Funktion h(c)
f(c) = h(c) + g(c)
Heuristische Funktion = geschätzte
Kosten des günstigsten Pfades
von Knoten ni zum Ziel
Pfad mit geringsten f(c) wird
neuer Bewegungspfadng = 3
ng = 2
ng = 1
Aktuelle
Position
A* Suchbaum der Tiefe 3
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Zieltiefe ng = 2
Ablauf:
mögliche Pfade (hellgrau)
bestimmen und Kosten
berechnen
günstigsten Pfad finden
(schwarz)
Roboter entlang des
günstigsten Pfades
bewegen
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Vorteil von VFH* hängt von der
Zieltiefe des Baumes ab
je Höher die Zieltiefe,
umso besser ist der
Algorithmus,
aber auch umso langsamer
OBSTACLE-RESTRICTION METHOD (ORM)
Hindernisvermeidung in schwierigen Umgebungen mit Hilfe von Hinderniseinschränkungen
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ALLGEMEINE BESCHREIBUNG
- Gibt es keinen direkten Weg, man nehme einfach Zwischenziele
- Zwei Grundlegende Schritte zum Erfolg:
- Auswertung der Objektpunkte und Herausfinden der Zwischenziele (Subgoals)
- Schauen, welche Zwischenziele genutzt werden können
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MAN NEHME ZWISCHENZIELE!
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WARUM GEHT‘S NICHT DIREKT?
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„UMSCHAUEN“ HEIẞT‘S!
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PROBLEM? NICHT HIER!
POTENTIALFELD-METHODE
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ANALOGIE
Roboter ist positiv geladenes Teilchen
Zielpunkt besitzt anziehendes Potential
Hindernisse besitzen abstoßendes Potential
Aufbau eines Potential-Feldes
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"ZIEL" DES ROBOTERS:
Abstand zu Hindernissen maximieren
Abstand zum Ziel minimieren
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VOR- UND NACHTEILE
Vorteil
bei wenigen Hindernissen sehr schnell
Nachteile
Lösung muss nicht immer gefunden werden Berechnung kann ev. nicht aufhören, falls es
keine Lösung gibt (Lokale Minima) Oszillation in engen Passagen Randbedingungen nicht erweiterbar
BEAM CURVATURE METHODE (BCM)
basierend auf Strahlen-Verfahren
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BEAM CURVATURE METHODE
Unterteilung in 3 Schritte:
Erstellen der Beams "Final Set" erzeugen Besten Weg auswählen
(vereinfachte) Umsetzung: siehe Tafel
ENDE Danke für eure Aufmerksamkeit <