Robust and Efficient Quadrotor Trajectory Generation for Fast Autonomous Flight

计算机科学 弹道 凸壳 数学优化 运动规划 控制理论(社会学) 算法 轨迹优化 数学 正多边形 机器人 最优控制 人工智能 控制(管理) 物理 几何学 天文
作者
Boyu Zhou,Fei Gao,Luqi Wang,Chuhao Liu,Shaojie Shen
出处
期刊:IEEE robotics and automation letters [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:4 (4): 3529-3536 被引量:681
标识
DOI:10.1109/lra.2019.2927938
摘要

In this letter, we propose a robust and efficient quadrotor motion planning system for fast flight in three-dimensional complex environments. We adopt a kinodynamic path searching method to find a safe, kinodynamic feasible, and minimum-time initial trajectory in the discretized control space. We improve the smoothness and clearance of the trajectory by a B-spline optimization, which incorporates gradient information from a Euclidean distance field and dynamic constraints efficiently utilizing the convex hull property of B-spline. Finally, by representing the final trajectory as a non-uniform B-spline, an iterative time adjustment method is adopted to guarantee dynamically feasible and non-conservative trajectories. We validate our proposed method in various complex simulational environments. The competence of the method is also validated in challenging real-world tasks. We release our code as an open-source package.
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