FaSTrack:A Modular Framework for Real-Time Motion Planning and Guaranteed Safe Tracking

模块化设计 计算机科学 跟踪(教育) 运动规划 运动(物理) 实时计算 控制工程 人工智能 工程类 机器人 操作系统 心理学 教育学
作者
Mo Chen,Sylvia Herbert,Haimin Hu,Ye Pu,Jaime F. Fisac,Somil Bansal,SooJean Han,Claire J. Tomlin
出处
期刊:IEEE Transactions on Automatic Control [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:66 (12): 5861-5876 被引量:62
标识
DOI:10.1109/tac.2021.3059838
摘要

Real-time, guaranteed safe trajectory planning is vital for navigation in unknown environments. However, real-time navigation algorithms typically sacrifice robustness for computation speed. Alternatively, provably safe trajectory planning tends to be too computationally intensive for real-time replanning. We propose FaSTrack, Fast and Safe Tracking, a framework that achieves both real-time replanning and guaranteed safety. In this framework, real-time computation is achieved by allowing any trajectory planner to use a simplified planning model of the system. The plan is tracked by the system, represented by a more realistic, higher dimensional tracking model . We precompute the tracking error bound (TEB) due to mismatch between the two models and due to external disturbances. We also obtain the corresponding tracking controller used to stay within the TEB. The precomputation does not require prior knowledge of the environment. We demonstrate FaSTrack using Hamilton–Jacobi reachability for precomputation and three different real-time trajectory planners with three different tracking-planning model pairs.
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