This thesis presents a pipeline for generating multiple locally optimal paths for nonholonomic mobile manipulators in the presence of obstacles and end effector path constraints. The mobile manipulator in consideration consists of an arm with six degrees of freedom attached to a nonholonomic differential drive base. Optimal path planning can effectively find the optimal solutions even in high dimensions and in the presence of complex costs and constraints. However, due to the highly non-convex landscape of the obstacle free space, these solutions are often only locally optimal. This is further aggravated by the presence of end effector path constraints and mobile base nonholonomic constraints. The particular local optimum depends heavily on the initial guess provided to the optimizer. More precisely, the local optimum often stays within the initial guess’s homotopy. We leverage this fact to propose a pipeline that allows the discovery of multiple distinct local optima by providing homotopically distinct initial guesses. This develops from recent successes in the area of graph-search-based topological path planning allowing for efficient discovery of multiple homotopically distinct paths. By using these homotopically distinct paths as initial guesses, the optimizer can find multiple distinct local optima. Evaluating these local optima can yield an optimum that is potentially significantly closer to global optimum.

I den här avhandlingen presenteras en pipeline för att generera flera lokalt optimala banor för ickeholonomiska mobila manipulatorer i närvaro av hinder och begränsningar för sluteffektorns bana. Den mobila manipulatorn i fråga består av en arm med sex frihetsgrader som är kopplad till en ickeholonomisk differentialstyrd mobil bas. Optimal banplanering kan effektivt hitta de optimala lösningarna även i stora dimensioner och i närvaro av komplexa kostnader och begränsningar. Men på grund av det mycket icke-konvexa optimeringslandskapet i det hinderfria utrymmet är dessa lösningar ofta bara lokalt optimala. Detta försvåras ytterligare av att det finns begränsningar för sluteffektorns bana och ickeholonomiska begränsningar för den mobila basen. Det specifika lokala optimumet beror i hög grad på den initiala gissning som optimeraren får. Mer exakt stannar det lokala optimumet ofta inom den initiala gissningens homotopi. Vi utnyttjar detta faktum för att föreslå en pipeline som möjliggör att upptäcka flera distinkta lokala optima genom att tillhandahålla homotopiskt distinkta initiala gissningar. Detta utvecklas utgående från de senaste framgångarna inom grafsökningsbaserad topologisk vägplaneringen så att flera homotopiskt distinkta banor kan identifieras på ett effektivt sätt. Genom att använda dessa homotopiskt distinkta banor som initiala gissningar kan optimeraren hitta flera distinkta lokala optima. Utvärdering av dessa lokala optima kan ge ett optimum som potentiellt är betydligt närmare det globala optimumet.