libai1943/CartesianPlanner

何を解決するか

このプロジェクトは、カーブがきつい道路を走行する自律走行車両向けの経路計画システムを提供します。従来のFrenet座標系プランナーは、高い道路のカーブや複雑な障害物配置に対処しづらいという課題があるため、計画と最適化プロセスを直接カルテシアン平面で定式化することで、これを克服します。

動作方法

このプランナーは、安全で滑らかな経路を生成するための2段階パイプラインを使用しています。

1. 粗い経路生成: 動的計画法（DP）を用いて、道路の参照情報と障害物の位置に基づき、初期の衝突のない経路を探索します。この経路は次の段階の出発点となります。
2. 反復的カルテシアン最適化: 粗い経路は、非線形最適化（CasADiとIpoptを活用）により精緻化されます。システムは、車両の運動の滑らかさ、進行方向、急加速度（ jerk ）を最適化しつつ、物理的な車両制約を満たします。

衝突を処理するため、システムは「カルテシアンコーライド」と呼ばれる軸に平行な衝突回避ボックスを、車両の前方および後方位置に生成します。経路が精緻化されるにつれて、これらのコーライドは反復的に更新され、最終的な経路が安全であることを保証します。

対象ユーザー

このプロジェクトは、特に複雑な道路形状を扱う際のFrenet座標系の代替手段を探している、ロボティクスおよび自律走行車両の運動計画に従事するエンジニア向けに設計されています。

特徴

• 直接的なカルテシアン定式化: 高度にカーブした道路での座標変換の困難さを回避します。
• 2段階パイプライン: 全体的な可能性を高速に探索するDPと、局所的な滑らかさを最適化する非線形最適化を組み合わせます。
• 動的障害物対応: 予測された将来の占有状態を照会することで、時間変化する障害物を扱えます。
• 反復的コーライドの精緻化: 演算される経路推定に応じて、衝突回避空間ボックスを段階的に適応させます。
• ROS統合: RViz可視化サポート付きで、完全にROSパッケージとして実装されています。