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… oder wie finde ich den Weg

INHALT

1. Elastic Band

2. VFH+

3. VFH*

4. Obstacle-Restriction Method (ORM)

5. Potentialfeld-Methode

6. Beam Curvature Methode (BCM)

ELASTIC BAND

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Voraussetzung: Pfad vom Pfadplaner

Position in der Systemhierarchie:

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Es werden 2 Kräfte auf den Pfad angewendet (dynamisch): Anziehende Kraft (glättet die

Ecken und "kürzt" den Pfad) Abstoßende Kraft (sorgt für

den Abstand zu Hindernissen)

Sollte das Band "reißen" d.h. unüberbrückbare Hindernisse auftauchen, benötigt es eine Anpassung des Pfades durch den (globalen) Pfadplaner

Beispiel: schließen einer vorher offenen Tür

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UMSETZUNG MIT BUBBLES (BLASEN)

Bubbles (Kreise bzw. Kugeln) werden iterativ mit dem Mittelpunkt auf dem Pfad platziert

Größe der Bubbles zeigt jeweils an, in welchem Raum sich der Roboter kollisionsfrei bewegen kann

Abstand zum vorherigen Bubble = Radius des neuen Bubbles - Konstante

Überlappung der Bubbles

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Automatische Veränderung der Größe der Bubbles bei Änderung des Pfades durch die Kräfte

Damit der Pfad nicht unterbrochen wird, werden in Freiräumen neue Bubbles eingefügt

Entfernung von Bubbles, deren rechter und linker Nachbar sich bereits überschneiden (Performance)

VFH+

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DER ALGORITHMUS

Erweiterung des herkömmlichen VFH Algorithmus

Bezieht die Breite des Roboters in die Wegplanung mit ein

Reduktion des Kartenrasters auf eindimensionale polare Histogramm, die um die momentane Position des Roboters herum aufgebaut werden

Wegberechnung durch Aufwandsrechnung

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ERSTE STUFE - PRIMARY POLAR HISTOGRAM

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ZWEITE STUFE - BINARY POLAR HISTOGRAM

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DRITTE STUFE - MASKED POLAR HISTOGRAM

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VIERTE STUFE – WAHL DER FAHRTRICHTUNG

Kostenfunktion:

1. Term: Differenz zwischen möglicher Richtung und Zielrichtung

2. Term Differenz zwischen möglicher Richtung und Orientierung des Roboters

3. Term: Differenz zwischen möglicher Richtung und vorher gewählter Fahrtrichtung

g ( c)=μ1⋅Δ ( c , k t )+ μ 2⋅Δ ( c ,θ iα )+ μ 3⋅Δ ( c , k n , i−1)

VFH*

Lokale Hindernisvermeidung mit Vorausuntersuchung

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EINLEITUNG

sucht nach Tälern in einem lokal entwickelten Polaren

Histogramm

VFH* verwendet den A* Suchalgorithmus, Kostenfunktionen und

heuristische Funktionen

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VFH* ALGORITHMUS

analysiert Konsequenzen für jede mögliche Richtung

Berechnung von Position und Ausrichtung nach geplanten Schritt

für jede mögliche Richtung

Berechnung der Kosten g(c) und heuristischen Funktion h(c)

f(c) = h(c) + g(c)

Heuristische Funktion = geschätzte

Kosten des günstigsten Pfades

von Knoten ni zum Ziel

Pfad mit geringsten f(c) wird

neuer Bewegungspfadng = 3

ng = 2

ng = 1

Aktuelle

Position

A* Suchbaum der Tiefe 3

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Zieltiefe ng = 2

Ablauf:

mögliche Pfade (hellgrau)

bestimmen und Kosten

berechnen

günstigsten Pfad finden

(schwarz)

Roboter entlang des

günstigsten Pfades

bewegen

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Vorteil von VFH* hängt von der

Zieltiefe des Baumes ab

je Höher die Zieltiefe,

umso besser ist der

Algorithmus,

aber auch umso langsamer

OBSTACLE-RESTRICTION METHOD (ORM)

Hindernisvermeidung in schwierigen Umgebungen mit Hilfe von Hinderniseinschränkungen

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ALLGEMEINE BESCHREIBUNG

- Gibt es keinen direkten Weg, man nehme einfach Zwischenziele

- Zwei Grundlegende Schritte zum Erfolg:

- Auswertung der Objektpunkte und Herausfinden der Zwischenziele (Subgoals)

- Schauen, welche Zwischenziele genutzt werden können

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MAN NEHME ZWISCHENZIELE!

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WARUM GEHT‘S NICHT DIREKT?

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„UMSCHAUEN“ HEIẞT‘S!

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PROBLEM? NICHT HIER!

POTENTIALFELD-METHODE

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ANALOGIE

Roboter ist positiv geladenes Teilchen

Zielpunkt besitzt anziehendes Potential

Hindernisse besitzen abstoßendes Potential

Aufbau eines Potential-Feldes

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"ZIEL" DES ROBOTERS:

Abstand zu Hindernissen maximieren

Abstand zum Ziel minimieren

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VOR- UND NACHTEILE

Vorteil

bei wenigen Hindernissen sehr schnell

Nachteile

Lösung muss nicht immer gefunden werden Berechnung kann ev. nicht aufhören, falls es

keine Lösung gibt (Lokale Minima) Oszillation in engen Passagen Randbedingungen nicht erweiterbar

BEAM CURVATURE METHODE (BCM)

basierend auf Strahlen-Verfahren

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BEAM CURVATURE METHODE

Unterteilung in 3 Schritte:

Erstellen der Beams "Final Set" erzeugen Besten Weg auswählen

(vereinfachte) Umsetzung: siehe Tafel

ENDE Danke für eure Aufmerksamkeit <