We present decentralized collision avoidance algorithms for quadrotor swarms operating under uncertain state estimation. Our approach exploits the differential flatness property and feedforward linearization to approximate the quadrotor dynamics and performs reciprocal collision avoidance. We account for the uncertainty in position and velocity by formulating the collision constraints as chance constraints, which describe a set of velocities that avoid collisions with a specified confidence level. We present two different methods for formulating and solving the chance constraints: our first method assumes a Gaussian noise distribution. Our second method is its extension to the non-Gaussian case by using a Gaussian Mixture Model (GMM). We reformulate the linear chance constraints into equivalent deterministic constraints, which are used with an MPC framework to compute a local collision-free trajectory for each quadrotor. We evaluate the proposed algorithm in simulations on benchmark scenarios and highlight its benefits over prior methods. We observe that both the Gaussian and non-Gaussian methods provide improved collision avoidance performance over the deterministic method. On average, the Gaussian method requires ~5ms to compute a local collision-free trajectory, while our non-Gaussian method is computationally more expensive and requires ~9ms on average in scenarios with 4 agents.


翻译:我们为在不确定的状态估计下运行的 ⁇ 群提出了分散的避免碰撞算法。我们的方法利用差幅平坦属性和向前线性推线性,以近似 ⁇ 动力并进行相互避免碰撞。我们通过将碰撞限制作为机会限制来说明位置和速度的不确定性,将碰撞限制描述成一种避免与特定信任水平相撞的一套速度。我们提出了两种不同的制定和解决机会限制的方法:我们的第一种方法假定高山噪音分布。我们的第二种方法是利用高山混合模型(GMMM)将线性机会限制重新定位到非高山案例。我们把线性机会限制重新定位为等同的确定性限制,与MPC框架一起用来计算每个磁场的当地无碰撞轨迹。我们评价了基准假设假设中的拟议算法,并强调了它比以往方法的好处。我们发现,高山和非高山方法都比确定性方法提供了更好的避免碰撞性能。平均,高山方法需要高山法和高山方法比非轨道-五米计算法,同时要求以平均的轨道-五米计算法进行平均的轨道。

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