信号时序逻辑约束下基于终点回溯的高效规划

作     者：田戴荧 方浩 杨庆凯 TIAN Daiying;FANG Hao;YANG Qingkai

作者机构：北京理工大学自动化学院北京100081 

出 版 物：《无人系统技术》 (Unmanned Systems Technology)

年 卷 期：2021年第4卷第1期

页      面：44-50页

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(U1913602,61873033,61903035) 国家自然科学基金重大国际(地区)联合研究项目(61720106011) 中国工程院咨询研究项目(2019-XZ-7) 

主　　题：信号时序逻辑 终点反溯 非一致性采样 抽象化 人工智能 机器人学 

摘      要：在信号时序逻辑约束下规划路径是一项具有挑战性的任务,其计算量非常高。提出了一种终点回溯的规划方法,它是一种适用于连续时间系统的抽象化方法。该规划方法分为离线构建阶段和在线规划阶段。离线构建阶段在Transducer理论的指导下,从能够完成任务的合理的终点构造一棵快速随机搜索树,向初始状态空间进行回溯。当采样点足够多时,在线规划阶段使用模型预测控制将机器人驱动到快速随机搜索树的叶子节点。通过所提出的规划方法,避免了环境的有限转移系统与信号时序逻辑对应的自动机乘积引起的状态空间爆炸问题。所提出的方法将在线路径规划所需时间降低到1s以下,充分说明了本方法的有效性。与混合整数线性规划以及贝叶斯优化方法相比较,所提出的终点回溯规划方法在线求解效率更优,且更加易于扩展至多机器人协同工作场景。