Motion planning is a fundamental problem and focuses on finding control inputs that enable a robot to reach a goal region while safely avoiding obstacles. However, in many situations, the state of the system may not be known but only estimated using, for instance, a Kalman filter. This results in a novel motion planning problem where safety must be ensured in the presence of state estimation uncertainty. Previous approaches to this problem are either conservative or integrate state estimates optimistically which leads to non-robust solutions. Optimistic solutions require frequent replanning to not endanger the safety of the system. We propose a new formulation to this problem with the aim to be robust to state estimation errors while not being overly conservative. In particular, we formulate a stochastic optimal control problem that contains robustified risk-aware safety constraints by incorporating robustness margins to account for state estimation errors. We propose a novel sampling-based approach that builds trees exploring the reachable space of Gaussian distributions that capture uncertainty both in state estimation and in future measurements. We provide robustness guarantees and show, both in theory and simulations, that the induced robustness margins constitute a trade-off between conservatism and robustness for planning under estimation uncertainty that allows to control the frequency of replanning.


翻译:运动规划是一个根本问题,重点是寻找控制投入,使机器人能够到达目标区域,同时安全地避免障碍。然而,在许多情况下,系统的状况可能不为人所知,而只是使用Kalman过滤器来估计。这造成了一个新的运动规划问题,在国家估计不确定的情况下,必须确保安全。以前,这一问题的处理方法要么是保守的,要么是乐观地综合国家估计,从而得出非野蛮的解决办法。乐观的解决办法需要经常进行再规划,以免危及系统的安全。我们建议对这个问题作出新的拟订,目的是在不过分保守的情况下,稳健地指出估计错误,而不是过于保守,目的是要稳健地说明系统的状况。特别是,我们提出一个具有稳健性风险意识安全的最佳控制问题,通过纳入稳健的免疫幅度来计算国家估计错误。我们提出一个新的抽样办法,在探究高斯分布的可达空间,从而在国家估计和今后的测量中捕捉到不确定性。我们在理论和模拟中都提供稳健性保证并表明,诱导的稳健度幅度构成稳妥度规划的频率估计数。

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