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optimizePathOptions

Créer des options d'optimisation pour la fonction optimisePath

Depuis R2022a

Description

Les options d'optimisation sont regroupées en quatre catégories :

• Trajectory Parameters — Spécifiez le mouvement souhaité du robot tout au long du trajet.

• Obstacle Parameters — Spécifiez les distances qui dictent l'influence de l'obstacle sur le chemin.

• Solver Parameters — Spécifiez les options du solveur utilisé pour optimiser le chemin.

• Weights — Spécifiez les pondérations de la fonction de coût.

Remarque

À un niveau très élevé, deux opérations principales se produisent dans la fonction optimizePath :

1. Path Adjustment — Augmenter (interpoler) ou diminuer (désinterpoler) les poses dans le chemin.

2. Optimization — Minimisez le coût du chemin en appelant le solveur (Levenberg – Marquardt).

La propriété NumIteration détermine combien de fois les étapes 1 et 2 seront exécutées dans une boucle. La propriété MaxSolverIteration détermine le nombre maximal d'itérations pour Levenberg-Marquardt à chaque fois qu'elle est invoquée à l'étape 2. Pour les valeurs par défaut, Path Adjustment et Optimization (invocation du solveur) se produiront quatre fois, et à chaque invocation, le solveur effectuera un maximum de 15 fois.

Création

Syntaxe

options = optimizePathOptions

Description

options = optimizePathOptions crée un ensemble d'options d'optimisation par défaut pour la fonction optimizePath .

Propriétés

Paramètres de trajectoire

MaxPathStates — Nombre maximum de poses autorisées dans le chemin

200 (par défaut) | entier supérieur ou égal à 3

Nombre maximum de poses autorisées dans le chemin, spécifié sous forme d'entier supérieur ou égal à 3.

Exemple : options.MaxPathStates = 100

Types de données : single | double

ReferenceDeltaTime — Temps de trajet entre deux poses consécutives

0.3 (par défaut) | scalaire positif

Temps de trajet entre deux poses consécutives, spécifié sous forme d'un scalaire positif en secondes. Ce paramètre ainsi que MaxVelocity ont un impact sur la distance d'interpolation entre les poses. Augmentez cette valeur pour avoir moins de poses et réduisez-la pour avoir un plus grand nombre de poses dans le chemin de sortie.

Exemple : options.ReferenceDeltaTime = 0.5

Types de données : single | double

MinTurningRadius — Rayon de braquage minimum dans la trajectoire

1 (par défaut) | scalaire positif

Rayon de braquage minimum sur la trajectoire, spécifié sous forme d'un scalaire positif en mètres. Notez qu'il s'agit d'une contrainte souple et peut être ignorée en fonction de la valeur du paramètre WeightMinTurningRadius par rapport aux autres poids.

Exemple : options.MinTurningRadius = 1.5

Types de données : single | double

MaxVelocity — Vitesse maximale le long du chemin

0.4 (par défaut) | scalaire positif

Vitesse maximale le long du trajet, spécifiée sous forme d'un scalaire positif en mètres par seconde. Notez qu'il s'agit d'une contrainte souple et peut être ignorée en fonction de la valeur du paramètre WeightVelocity par rapport aux autres poids.

Exemple : options.MaxVelocity = 0.5

Types de données : single | double

MaxAngularVelocity — Vitesse angulaire maximale le long de la trajectoire

0.3 (par défaut) | scalaire positif

Vitesse angulaire maximale le long du trajet, spécifiée sous forme de scalaire positif en radians par seconde. Notez qu'il s'agit d'une contrainte souple et peut être ignorée en fonction de la valeur du paramètre WeightAngularVelocity par rapport aux autres poids.

Exemple : options.MaxAngularVelocity = 0.5

Types de données : single | double

MaxAcceleration — Accélération maximale sur la trajectoire

0.5 (par défaut) | scalaire positif

Accélération maximale le long du trajet, spécifiée sous forme d'un scalaire positif en mètres par seconde carrée. Notez qu'il s'agit d'une contrainte souple et peut être ignorée en fonction de la valeur du paramètre WeightAcceleration par rapport aux autres poids.

Exemple : options.MaxAcceleration = 0.6

Types de données : single | double

MaxAngularAcceleration — Accélération angulaire maximale le long de la trajectoire

0.5 (par défaut) | scalaire positif

Accélération angulaire maximale le long de la trajectoire, spécifiée sous forme de scalaire positif en radians par seconde carrée. Notez qu'il s'agit d'une contrainte souple et peut être ignorée en fonction de la valeur du paramètre WeightAngularAcceleration par rapport aux autres poids.

Exemple : options.MaxAngularAcceleration = 0.6

Types de données : single | double

Paramètres d'obstacles

ObstacleSafetyMargin — Distance de sécurité par rapport aux obstacles

0.5 (par défaut) | scalaire positif

Distance de sécurité par rapport aux obstacles, spécifiée sous forme d'un scalaire positif en mètres. Notez qu'il s'agit d'une contrainte souple et peut être ignorée en fonction de la valeur du paramètre WeightObstacles par rapport aux autres poids. Voir Paramètres d'obstacles.

Exemple : options.ObstacleSafetyMargin = 0.6

Types de données : single | double

ObstacleCutOffDistance — Distance de coupure d'obstacle

2.5 (par défaut) | scalaire positif

Distance limite d'obstacle, spécifiée sous forme d'un scalaire positif en mètres. L'optimiseur de chemin ignore les obstacles au-delà de la distance limite. Voir Paramètres d'obstacles.

Exemple : options.ObstacleCutOffDistance = 1.5

Types de données : single | double

ObstacleInclusionDistance — Distance d'inclusion des obstacles

0.75 (par défaut) | scalaire positif

Distance d'inclusion d'obstacle, spécifiée sous forme d'un scalaire positif en mètres. L'optimiseur de chemin prend en compte tous les obstacles situés dans la distance d'inclusion. De plus, l'optimiseur de chemin prend également en compte l'obstacle le plus proche à gauche et à droite du robot entre l'inclusion et la région de coupure. Voir Paramètres d'obstacles.

Exemple : options.ObstacleInclusionDistance = 0.5

Types de données : single | double

Paramètres du solveur

NumIteration — Nombre d'appels du solveur

4 (par défaut) | entier positif

Nombre d'appels du solveur, spécifié sous la forme d'un entier positif. Cette valeur spécifie également le nombre de fois où l'interpolation se produit pendant l'optimisation.

Exemple : options.NumIteration = 5

Types de données : single | double

MaxSolverIteration — Nombre maximum d'itérations pour chaque appel du solveur

15 (par défaut) | entier positif

Nombre maximal d'itérations pour chaque appel du solveur, spécifié sous la forme d'un entier positif.

Exemple : options.MaxSolverIteration = 12

Types de données : single | double

Poids

WeightTime — Poids de la fonction de coût pour le temps

10 (par défaut) | scalaire non négatif

Pondération de la fonction de coût pour le temps, spécifiée sous la forme d'un scalaire non négatif. Pour réduire le temps de trajet, augmentez cette valeur de poids.

Exemple : options.WeightTime = 12

Types de données : single | double

WeightSmoothness — Poids de la fonction de coût pour le mouvement non holonomique

1000 (par défaut) | scalaire non négatif

Poids de la fonction de coût pour le mouvement non holonomique, spécifié comme un scalaire non négatif. Pour obtenir un trajet plus fluide, augmentez cette valeur de poids.

Exemple : options.WeightSmoothness = 500

Types de données : single | double

WeightMinTurningRadius — Poids fonction coût pour respecter le rayon de braquage minimum

10 (par défaut) | scalaire non négatif

Poids de la fonction de coût pour respecter le rayon de braquage minimum, spécifié sous forme d'un scalaire non négatif. Pour garantir que le rayon de braquage est supérieur au rayon de braquage minimum, augmentez cette valeur de poids.

Exemple : options.WeightMinTurningRadius = 15

Types de données : single | double

WeightVelocity — Poids de la fonction de coût pour la vitesse

100 (par défaut) | scalaire non négatif

Pondération de la fonction de coût pour la vitesse, spécifiée sous la forme d'un scalaire non négatif. Pour maintenir la vitesse en dessous de MaxVelocity, augmentez cette valeur de poids.

Exemple : options.WeightVelocity = 120

Types de données : single | double

WeightAngularVelocity — Poids de la fonction de coût pour la vitesse angulaire

10 (par défaut) | scalaire non négatif

Poids de la fonction de coût pour la vitesse angulaire, spécifié sous la forme d'un scalaire non négatif. Pour maintenir la vitesse angulaire en dessous de MaxAngularVelocity, augmentez cette valeur de poids.

Exemple : options.WeightAngularVelocity = 15

Types de données : single | double

WeightAcceleration — Pondération de la fonction de coût pour l'accélération

10 (par défaut) | scalaire non négatif

Pondération de la fonction de coût pour l'accélération, spécifiée sous la forme d'un scalaire non négatif. Pour maintenir l'accélération en dessous de MaxAcceleration, augmentez cette valeur de poids.

Exemple : options.WeightAcceleration = 15

Types de données : single | double

WeightAngularAcceleration — Poids de la fonction de coût pour l'accélération angulaire

10 (par défaut) | scalaire non négatif

Poids de la fonction de coût pour l'accélération angulaire, spécifié sous la forme d'un scalaire non négatif. Pour maintenir l'accélération angulaire en dessous de MaxAngularAcceleration, augmentez cette valeur de poids.

Exemple : options.WeightAngularAcceleration = 15

Types de données : single | double

WeightObstacles — Poids fonction coût pour maintenir une distance de sécurité par rapport aux obstacles

50 (par défaut) | scalaire non négatif

Poids de la fonction de coût pour maintenir une distance de sécurité par rapport aux obstacles, spécifié comme un scalaire non négatif. Pour maintenir une distance de sécurité par rapport aux obstacles, augmentez cette valeur de poids.

Exemple : options.WeightObstacles = 60

Types de données : single | double

Exemples

Optimiser le chemin prévu

Environnement de configuration

Chargez une carte dans l'espace de travail.

map = load("exampleMaps.mat").complexMap;

Créez une carte d'occupation binaire.

map = binaryOccupancyMap(map);

Créez un objet validateur d'état.

stateValidator = validatorOccupancyMap;

Attribuez la carte à l’objet validateur d’état.

stateValidator.Map = map;

Définissez la distance de validation pour le validateur.

stateValidator.ValidationDistance = 0.01;

Planifier le chemin

Initialisez l'objet plannerHybridAStar avec l'objet validateur d'état. Spécifiez la propriété MinTurningRadius du planificateur sur 2 mètres.

planner = plannerHybridAStar(stateValidator,MinTurningRadius=2);

Définissez les poses de départ et d'objectif sous forme de vecteurs [x y theta]. x et y précisent la position en mètres, et thêta précise l'angle d'orientation en radians.

start = [6 3 pi/2];
goal = [32 32 0];

Planifiez un chemin depuis la pose de départ jusqu'à la pose d'objectif.

path = plan(planner,start,goal);
inpath = path.States;

Optimiser le chemin

Configurez les options d'optimisation.

options = optimizePathOptions

options = 
optimizePathOptions

   Trajectory Parameters
                MaxPathStates: 200
           ReferenceDeltaTime: 0.3000
             MinTurningRadius: 1
                  MaxVelocity: 0.4000
           MaxAngularVelocity: 0.3000
              MaxAcceleration: 0.5000
       MaxAngularAcceleration: 0.5000

   Obstacle Parameters
         ObstacleSafetyMargin: 0.5000
       ObstacleCutOffDistance: 2.5000
    ObstacleInclusionDistance: 0.7500

   Solver Parameters
                 NumIteration: 4
           MaxSolverIteration: 15

   Weights
                   WeightTime: 10
             WeightSmoothness: 1000
       WeightMinTurningRadius: 10
               WeightVelocity: 100
        WeightAngularVelocity: 10
           WeightAcceleration: 10
    WeightAngularAcceleration: 10
              WeightObstacles: 50

Définissez la valeur minimale du rayon de braquage comme dans le planificateur.

options.MinTurningRadius = 2;

Spécifiez le nombre maximum de poses autorisées dans le chemin optimisé.

options.MaxPathStates = size(inpath,1) * 3;

Maintenez une distance de sécurité de 0.75 mètres des obstacles.

options.ObstacleSafetyMargin = 0.75;

Optimisez le chemin généré par le planificateur.

optpath = optimizePath(inpath,map,options);

Visualiser

Visualisez le chemin d’entrée et le chemin optimisé dans la carte.

show(map)
hold on
quiver(inpath(:,1),inpath(:,2),cos(inpath(:,3)),sin(inpath(:,3)),0.1);
quiver(optpath(:,1),optpath(:,2),cos(optpath(:,3)),sin(optpath(:,3)),0.1);
legend("Input Path","Optimized Path")

En savoir plus

Paramètres d'obstacles

Les paramètres d'obstacle ObstacleSafetyMargin, ObstacleInclusionDistance et ObstacleCutOffDistance déterminent quels obstacles sont pris en compte pour l'optimisation. Des obstacles éloignés entraîneraient des calculs inutiles et n’auraient pas d’impact sur l’optimisation du chemin.

La propriété ObstacleSafetyMargin précise une distance de sécurité à maintenir entre les poses du chemin et les obstacles. La propriété ObstacleCutOffDistance spécifie la distance du robot au-delà de laquelle tous les obstacles ne sont pas pris en compte lors de l'optimisation du chemin dans ce cas. La propriété ObstacleInclusionDistance spécifie la distance du robot à l'intérieur de laquelle tous les obstacles sont pris en compte tout en optimisant le chemin dans ce cas. L'optimiseur de chemin prend également en compte l'obstacle le plus proche à gauche et à droite du robot entre l'inclusion et la région de coupure.

Références

[1] Rosmann, Christoph, Frank Hoffmann, and Torsten Bertram. “Kinodynamic Trajectory Optimization and Control for Car-like Robots.” In 2017 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 5681–86. Vancouver, BC: IEEE, 2017. https://doi.org/10.1109/IROS.2017.8206458.

Capacités étendues

Génération de code C/C++
Générez du code C et C++ avec MATLAB® Coder™.

Historique des versions

Introduit dans R2022a

Voir aussi

optimizePath