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A Sensitivity-Aware Motion Planner (SAMP) to Generate Intrinsically-Robust Trajectories

Authors :
Wasiela, Simon
Giordano, Paolo
Cortés, Juan
Simeon, Thierry
Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS)
Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Sensor-based and interactive robotics (RAINBOW)
Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-RÉALITÉ VIRTUELLE, HUMAINS VIRTUELS, INTERACTIONS ET ROBOTIQUE (IRISA-D5)
Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)
ANR-20-CE33-0003,CAMP,Planification de Mouvements Intrinse`quement Robuste et Tenant compte de la Commande pour des Robots en Conditions Reélles(2020)
Équipe Robotique et InteractionS (LAAS-RIS)
Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes 1 (UR1)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)
Source :
ICRA'23-IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, ICRA'23-IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, May 2023, London, United Kingdom, ICRA 2023-IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA 2023-IEEE International Conference on Robotics and Automation, May 2023, London, United Kingdom. pp.1-7
Publication Year :
2023
Publisher :
HAL CCSD, 2023.

Abstract

International audience; Closed-loop state sensitivity [1], [2] is a recently introduced notion that can be used to quantify deviations of the closed-loop trajectory of a robot/controller pair against variations of uncertain parameters in the robot model. While local optimization techniques are used in [1], [2] to generate reference trajectories minimizing a sensitivity-based cost, no global planning algorithm considering this metric to compute collision-free motions robust to parametric uncertainties has yet been proposed. The contribution of this paper is to propose a global control-aware motion planner for optimizing a state sensitivity metric and producing collision-free reference motions that are robust against parametric uncertainties for a large class of complex dynamical systems. Given the prohibitively high computational cost of directly minimizing the state sensitivity using asymptotically optimal sampling-based tree planners, the proposed RRT*-based SAMP planner uses an appropriate steering method to first compute a (near) time-optimal and kinodynamically feasible trajectory that is then locally deformed to improve robustness and decrease its sensitivity to uncertainties. The evaluation performed on planar/full-3D quadrotor UAV models shows that the SAMP method produces low sensitivity robust solutions with a much higher performance than a planner directly optimizing the sensitivity.

Details

Language :
English
Database :
OpenAIRE
Journal :
ICRA'23-IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, ICRA'23-IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, May 2023, London, United Kingdom, ICRA 2023-IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA 2023-IEEE International Conference on Robotics and Automation, May 2023, London, United Kingdom. pp.1-7
Accession number :
edsair.dedup.wf.001..3073a62f94808af1a79e864259bfd6cc