Bahnplanungsframework für ein autonomes Fahrzeug - oops ...

1
1
EINLEITUNG
Zunächst wird das Thema motiviert und der Aktuelle Stand aufgezeigt. Danach wird die Problemstellung
dieser Arbeit erläutert und das verwendete System. Letztlich wird eine kurze Übersicht der
Kapitel dieser Arbeit genannt.
1.1 MOTIVATION
Die Bahnplanung ist ein wichtiges Thema in der Robotik. Es gibt zahlreiche Algorithmen die dieses
Problem angehen. Diese haben auch meist viele verschiedene Parameter, die den Algorithmus auf vielerlei
Weisen modifizieren können. Aufgrund vieler verschiedener Algorithmen ist die Entscheidung
für einen nicht einfach, ohne diesen vorher zu testen. Das Bahnplanungsframework soll dieses Problem
vereinfachen, da durch graphische Programmierung rapid prototyping betrieben werden kann.
Die Simulation des Frameworks erlaubt eine visuelle Betrachtung der Arbeitsweise verschiedener
Algorithmen. In dieser Simulation können statische Szenarien editiert werden, indem Hindernisse
hinzugefügt werden und somit eine Bahn um diese geplant werden muss. Die Statistikauswertung
der Algorithmen bietet einen Blick auf die Arbeitsweise, zeigt durch Zeitmessungen verschiedener
Zugriffszeiten Schwächen auf und somit Verbesserungsansätze für diese Algorithmen.
Die Schwierigkeit der Bahnplanung entsteht bei den kinematischen Einschränkungen von Fahrzeugen
mit Lenkachse (Furtuna et al. 2008 [8]). Das Fahrzeug kann nur bis zu einem maximalen
Lenkwinkel einschlagen, wodurch ein minimaler Wendekreis resultiert und beim Planen in engen
Gassen zu Problemen führen kann. Auch das Erreichen des maximalen Lenkeinschlags ist durch den
mechanischen Servomotor, der das Lenkrad bewegt, physikalisch in der Geschwindigkeit begrenzt,
so dass man aus gerader Fahrt nicht sofort den maximalen Lenkwinkel einschlagen kann. Durch die
letztere Einschränkung, kann man folgern, dass Geraden und Kreisbögen allein nicht ausreichen und
man mathematisch Komplexere Funktionen benutzen muss, um das Problem zu lösen.
1.2 AKTUELLER STAND
Das Thema Bahnplanung gliedert sich in mehrere kleine Teilbereiche, die im Verlauf dieser Arbeit
aufgezeigt werden und getrennt von einander betrachtet werden können, weil in jedem dieser Teilbereiche
eigene Algorithmen ausgetauscht werden können.
In erster Linie gibt es den Bereich der Motion Primitiven (siehe Kapitel 4), die für die Berechnung
der elementaren Bewegungsprimitiven zuständig sind, die von einem Fahrzeug abfahrbar sind. Die
Entwicklung in diesem Bereich ging von Berechnung über Geraden (Tsumura et al. 1986 [40]), Kreisbögen
(Komoriya, Tachi & Tanie 1986 [20]), Klothoiden (Tounsi & Le Corre 1996 [39]) bis hin zu
kubischen Spiralen (Kanayama & Hartman 1989 [16], Kelly & Nagy [17]). Schon vorher wurde mit