Loading...

Dynamic Motion Planning and Obstacle Avoidance Simulation for Autonomous Robot-car in Webots

Amiryan, Javad | 2014

1761 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 46197 (19)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Computer Engineering
  6. Advisor(s): Jamzad, Mansour
  7. Abstract:
  8. Motion planning in an autonomous vehicle is responsible for providing smooth, safe and efficient actions. Besides reducing the risk of collision with static and moving obstacles, the ability to make suitable decisionsencountering sudden changes in environment is very important. Many solutions for dealing this problem have been offered, one of which is, Artificial Potential Fields (APF). APF is a simple and computationally low cost method which keeps the robot away from the obstacles in the environment. However, this approach suffers from trapping in local minima’s of potential function and then fails to produce a plan. Furthermore,Oscillation in presence of obstacles or in narrow passages is another disadvantageof the method which makes it unqualified for autonomous driving. In this thesis we aim to resolve these deficiencies by a novel approach which employs a prior path between the origin and the goal configuration of robot.Therefore, it is guaranteed that the planner output leads the robot to goal area while the inherent advantages of potential fields remain. For path planning step, we intendto use randomized sampling methods such as Rapidly-exploring Random Trees (RRT) or its derivatives. We have also designed an adaptation procedure for evolving the motion plans towards optimal solution. Then multi objective optimization is applied to find smoother, safer and shorter plans. Additionally, we apply a simulated vehicle in Webots PRO to test and evaluate the motion planner. Our experiments proves our method to enjoy improving the performance and speed in comparison to already existing approaches
  9. Keywords:
  10. Robot ; Motion Planning ; Artificial Potential Field ; Multiobjective Optimization ; Obstacle Avoidance ; Webots Simulation

 Digital Object List

 Bookmark

  • تقدیم به
  • چکیده
  • کلمات کلیدی
  • فهرست مطالب
  • فهرست جدولها
  • فهرست شکلها
  • فصل 1: مقدمه
  • فصل 2: دامنه مسئله
    • 2-1- تعاریف اولیه برنامهریزی حرکتی
      • ‌أ. فضای کاری
      • ‌ب. فضای پیکرهبندی
      • ‌ج. فضای رفتارها
      • ‌د. هندسه موانع و ربات
    • 2-2- برنامهریزی حرکتی
    • 2-3- گسستهسازی
    • 2-4- برنامهریزی حرکتی بهینه
    • 2-5- برنامهریزی مجدد
    • 2-6- جمعبندی
  • فصل 3: کارهای مرتبط
    • 3-1- دسته برنامهریزهای واکنشی
      • ‌أ. برنامهریزی استنتاجی
      • ‌ب. میدان پتانسیل مصنوعی
      • ‌ج. روش پیشروی سریع
    • 3-2- برنامهریزی ترکیبی
      • ‌أ. تجزیه سلولی
      • ‌ب. جستجوی بیدرنگ
      • ‌ج. شبکه حالات
    • 3-3- نمونهبرداری تصادفی
      • ‌أ. مسیرهای احتمالاتی (RPMs)
      • ‌ب. درخت تصادفی با رشد سریع (RRT)
      • ‌ج. برنامهریز RRT توسعه یافته
      • ‌د. برنامهریز RRT*
    • 3-4- ربات-خودروهای موجود
      • ‌أ. ربات-خودروی Tartan Racing
      • ‌ب. ربات-خودروی Talos
    • 3-5- تولید مسیر بهینه
    • 3-6- جمعبندی
  • فصل 4: الگوریتم برنامهریزی حرکتی پیشنهادی
    • 4-1- نوآوریهای روش ارائه شده
      • ‌أ. تعریف نیروی هدایتگر و نیروی سرعتی
      • ‌ب. محدود کردن ناحیه جستجو
      • ‌ج. ارائه سازوکار تکاملی برای تولید برنامه بهینه
    • 4-2- نیروها در میدان پتانسیل
      • ‌أ. نیروی کششی مقصد
      • ب‌. نیروهای رانشی ناشی از موانع
      • ‌ج. نیروهای هدایتگر مسیر
      • ‌د. نیروهای سرعتی موانع متحرک
    • 4-3- تولید مسیر اولیه
    • 4-4- وزندهی نیروها در میدان پتانسیل
      • ‌أ. تابع تولید نیروی کششی
      • ‌ب. تابع تولید نیروی رانشی
      • ‌ج. تابع تولید نیروی هدایت گر
      • د. تابع تولید نیروی سرعت موانع ,-,-..
    • 4-5- تولید برنامه بهینه
    • 4-6- شبیهسازی رو به جلو
    • 4-7- جمعبندی
  • فصل 5: کارهای عملی و نتایج آزمایشات
    • 5-1- شبیهسازی در Webots PRO
      • ‌أ. فایل دنیا
      • ‌ب. طراحی خودرو
      • ‌ج. کنترلر ربات
    • 5-2- پیادهسازی
      • ‌أ. واحد شبکه
      • ‌ب. تحلیل دادهها و تولید مدل دنیا
      • ‌ج. واسط گرافیکی کاربر
      • ‌د. واحد برنامهریز حرکتی
      • ‌ه. واحد تطبیق برنامه
    • 5-3- نتایج عملی
      • ‌أ. تولید مسیر پیشین
      • ‌ب. بررسی توزیع نیروها در محیط
      • ‌ج. مطالعه بخش بهینهسازی
    • 5-4- جمعبندی
  • فصل 6: نتيجه گيري و پیشنهادها
    • 6-1- خلاصه مطالب
    • 6-2- پیشنهادها
  • مراجع
...see more