Publication detail
Motion Planning in the Plane with Obstacles
ŠEDA, M.
Czech title
Plánování pohybu v rovině s překážkami
English title
Motion Planning in the Plane with Obstacles
Type
conference paper
Language
en
Original abstract
The task of planning trajectories plays an important role in transportation, robotics, even in information systems (sending messages). In robot motion planning the robot should pass around the obstacles, from a given starting position to a given target position, touching none of them, i.e. the goal is to find a collision-free path from the starting to the target position. This task has many specific formulations depending on the shape of obstacles, allowable directions of movements, knowledge of the scene, etc. Research on path planning has yielded many fundamentally different approaches to its solution, e.g. visibility graph method or the shortest path map method. Assuming movements only in a restricted number of directions (eight directional, horizontal/vertical) the task, with respect to its combinatorial nature, can be solved by heuristic techniques (genetic algorithms, simulated annealing, tabu-search). We present a framework of such approach and show its drawbacks (combinatorial explosion, limited granularity, generating infeasible solutions). Application of the Voronoi diagrams to the studied tasks can be seen as the main result of this paper. This approach needs only polynomial time and choosing Euclidean or rectilinear metric it can be adapted to tasks with general or directional-constrained movements.
Czech abstract
Úloha plánování dráhy hraje důležitou roli v dopravě, robotice a dokonce i v informačních systémech (posílání zpráv). V plánování pohybu robotu robot má projít kolem překážek z výchozí do koncové pozice, aniž by se některé překážky dotkl. To znamená, že cílem je najít bezkolizní cestu mezi dvěma pozicemi. Tato úloha má řadu specifických formulací v závislosti na tvaru překážek, povolených směrech pohybu, znalosti scény atd. Výzkum metod plánování dráhy přinesl řadu naprosto odlišných přístupů k řešení úlohy, např. metody založené na grafech viditelnosti nebo na mapách nejkratších cest. Pokud předpokládáme pohyb pouze v omezeném počtu směrů (8-směrový, horizontální/vertikální), pak úloha vzhledem k její kombinatorické povaze může být řešena heuristickými technikami jako genetické algoritmy, simulované žíhání, zakázané prohledávání. V příspěvku popisujeme základní rysy tohoto přístupu a rozebíráme jeho nevýhody (kombinatorická exploze, omezená možnost dekompozice scény, generování nepřípustných řešení). Aplikace Voronoiových diagramů je hlavním výsledkem příspěvku. Tento přístup má pouze polynomiální časovou složitost a volbou euklidovské nebo rektilineární metriky jej lze přizpůsobit na úlohu s obecným resp. směrově omezeným pohybem.
English abstract
The task of planning trajectories plays an important role in transportation, robotics, even in information systems (sending messages). In robot motion planning the robot should pass around the obstacles, from a given starting position to a given target position, touching none of them, i.e. the goal is to find a collision-free path from the starting to the target position. This task has many specific formulations depending on the shape of obstacles, allowable directions of movements, knowledge of the scene, etc. Research on path planning has yielded many fundamentally different approaches to its solution, e.g. visibility graph method or the shortest path map method. Assuming movements only in a restricted number of directions (eight directional, horizontal/vertical) the task, with respect to its combinatorial nature, can be solved by heuristic techniques (genetic algorithms, simulated annealing, tabu-search). We present a framework of such approach and show its drawbacks (combinatorial explosion, limited granularity, generating infeasible solutions). Application of the Voronoi diagrams to the studied tasks can be seen as the main result of this paper. This approach needs only polynomial time and choosing Euclidean or rectilinear metric it can be adapted to tasks with general or directional-constrained movements.
Keywords in English
Motion planning, genetic algorithm, case-based reasoning, Voronoi diagram, rectilinear metric
RIV year
2004
Released
01.09.2004
Publisher
Graz University of Technology
Location
Graz (Austria)
Book
Abstracts of Summer School on Control Theory and Applications
Pages count
12
BIBTEX
@inproceedings{BUT12865,
author="Miloš {Šeda},
title="Motion Planning in the Plane with Obstacles",
booktitle="Abstracts of Summer School on Control Theory and Applications",
year="2004",
month="September",
publisher="Graz University of Technology",
address="Graz (Austria)"
}