SICNav: モデル予測制御と二段階最適化による安全でインタラクティブな群衆ナビゲーション
SICNav: Safe and Interactive Crowd Navigation using Model Predictive Control and Bilevel Optimization
ロボットと歩行者の相互作用を考慮し、ORCAモデルを制約として組み込んだ二段階非線形MPCにより、安全かつ歩行者に影響を与える群衆ナビゲーションを実現した。
著者: Sepehr Samavi, James R. Han, Florian Shkurti, Angela P. Schoellig
分類: cs.RO
原文アブストラクト
Robots need to predict and react to human motions to navigate through a crowd without collisions. Many existing methods decouple prediction from planning, which does not account for the interaction between robot and human motions and can lead to the robot getting stuck. We propose SICNav, a Model Predictive Control (MPC) method that jointly solves for robot motion and predicted crowd motion in closed-loop. We model each human in the crowd to be following an Optimal Reciprocal Collision Avoidance (ORCA) scheme and embed that model as a constraint in the robot's local planner, resulting in a bilevel nonlinear MPC optimization problem. We use a KKT-reformulation to cast the bilevel problem as a single level and use a nonlinear solver to optimize. Our MPC method can influence pedestrian motion while explicitly satisfying safety constraints in a single-robot multi-human environment. We analyze the performance of SICNav in two simulation environments and indoor experiments with a real robot to demonstrate safe robot motion that can influence the surrounding humans. We also validate the trajectory forecasting performance of ORCA on a human trajectory dataset.
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