One of the biggest challenges associated with optimization based methods forrobotic motion planning is their extreme sensitivity to a good initial guess,especially in the presence of local minima in the cost function landscape.Additional challenges may also arise due to operational constraints, robotcontrollers sometimes have very little time to plan a trajectory to perform adesired function. To work around these limitations, a common solution is tosplit the motion planner into an offline phase and an online phase. The offlinephase entails computing reference trajectories for varying parameterizationsof the task space in the form of a lookup table. During the online phase,a stripped down version of the optimizer is supplied with a suitable initialguess from the lookup table using the current state estimate of the robot andits surrounding bodies. This method helps in alleviating problems related toboth local minima and operational time constraints, by seeding the optimizerwith a suitable initial guess that allows it to converge to the global minimummuch faster.The problem however, shifts to the computational complexity of computinga lookup table of reference trajectories for a fine enough discreti- zation ofthe input state space. For many robotic scenarios of interest, it is oftenimpractical and sometimes computationally infeasible to compute a look uptable using a serial, single core implementation of the offline phase of a motionplanner. The main contribution of this work is to develop and evaluate amethod for reducing the time spent on computing a lookup table of referencetrajectories during the offline phase of motion planners based on optimalcontrol. We implement a method to offload the computation of collisionavoidance constraints during trajectory optimization on a Graphics ProcessingUnit (GPU), while simultaneously benefiting from a task based approach todistribute lookup table computations for independent subsets of the input statespace across multiple processes on a cluster of machines. We demonstrate theefficacy of the proposed method in a practical setting by implementing andevaluating it within a representative motion planner based on optimal control.We observe that the implemented method is 115x faster than the originalserial version of the planner, using 86 processes on 5 machines with standardserver grade hardware and 5 Graphics Processing Units in total. Additionally,we observe that the implemented method results in solutions identical to theoriginal serial version in 96.6% of cases, lending credibility for its use inrobotic motion planning. / En av de största utmaningarna med optimeringsbaserade metoder för rörelseplaneringinom robotik är deras extrema känslighet för en bra initial gissning,särskilt i närvaro av lokala minima i kostnadsfunktionslandskapet. Ytterligareutmaningar kan också uppstå på grund av operativa begränsningar. Robotkontrollerhar ibland väldigt lite tid att planera en väg för att utföra en önskadfunktion. För att kringgå dessa begränsningar är en vanlig lösning att dela upprörelseplaneraren i en offline-fas och en online-fas. Offlinefasen inkluderarberäkning av referensvägar för olika punkter i ingångstillståndsutrymmet iform av en uppslagstabell. Under online-fasen levereras en avskalad versionav optimeraren med en lämplig initial gissning från uppslagstabellen medden aktuella uppskattningen av roboten och dess omgivande kroppar. Dennametod hjälper till att lindra problem relaterade till både lokala minima ochdriftstidsbegränsningar genom att sådd optimeraren med en lämplig initialgissning som gör att den kan konvergera till det globala minimumet mycketsnabbare.Problemet flyttas emellertid nu till beräkningskomplexiteten för att beräknaen uppslagstabell över referensvägar för ett tillräckligt fint utrymme för ingångstillståndsutrymmet.För många robotscenarier av intresse är det ofta opraktisktoch ibland beräkningsmässigt omöjligt att beräkna en uppslagstabell med hjälpav en seriell, enda kärnimplementering av offline-fasen i en rörelseplanner.Huvudbidraget till detta arbete är att utveckla och utvärdera en metod för attminska tiden som används för att beräkna en uppslagstabell över referensvägarunder offline-fasen för rörelsesplanerare baserat på optimal kontroll. Vi implementeraren metod för att utföra en kollision undvika en grafikbehandlingsenhet(GPU), medan du använder en uppgiftsbaserad metod för att distribuerauppslagningsberäkningar för oberoende delmängder av inmatningsutrymmeöver flera processer i ett kluster av maskiner. Vi demonstrerar effektivitetenav den föreslagna metoden i en praktisk miljö genom att implementeraoch utvärdera den inom en representativ rörelseplanner baserat på optimalkontroll. Vi noterar att den implementerade metoden är 115 gånger snabbareän den ursprungliga serieversionen av schemaläggaren, med 86 processer på 5maskiner med standardhårdvara och totalt 5 GPU: er. Dessutom observerarvi att den implementerade metoden resulterar i lösningar som är identiskamed den ursprungliga serieversionen i mer än 96,6 % av fallen, vilket gertrovärdighet för dess användning i robotrörelse planering.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-290587 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Bishnoi, Abhiraj |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0019 seconds