時変外乱下での安全なリアルタイム再計画のための適応的安全マージン推定
Adaptive Safety Margin Estimation for Safe Real-Time Replanning under Time-Varying Disturbance
オフラインのモンテカルロ計算で外乱レベル別の安全マージンライブラリを構築し、実行時に現在の外乱レベルを推定して最適なマージンを選択することで、安全性を保ちつつ最悪ケースの静的マージンより最大1.5倍速く飛行できる適応的手法を提案した。
著者: Cherie Ho, Jay Patrikar, Rogerio Bonatti, Sebastian Scherer
分類: cs.RO
原文アブストラクト
Safe navigation in real-time is challenging because engineers need to work with uncertain vehicle dynamics, variable external disturbances, and imperfect controllers. A common safety strategy is to inflate obstacles by hand-defined margins. However, arbitrary static margins often fail in more dynamic scenarios, and using worst-case assumptions is overly conservative for most settings where disturbances over time. In this work, we propose a middle ground: safety margins that adapt on-the-fly. In an offline phase, we use Monte Carlo simulations to pre-compute a library of safety margins for multiple levels of disturbance uncertainties. Then, at runtime, our system estimates the current disturbance level to query the associated safety margins that best trades off safety and performance. We validate our approach with extensive simulated and real-world flight tests. We show that our adaptive method significantly outperforms static margins, allowing the vehicle to operate up to 1.5 times faster than worst-case static margins while maintaining safety. Video: https://youtu.be/SHzKHSUjdUU
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