Balancing safety and efficiency when planning in crowded scenarios with uncertain dynamics is challenging where it is imperative to accomplish the robot's mission without incurring any safety violations. Typically, chance constraints are incorporated into the planning problem to provide probabilistic safety guarantees by imposing an upper bound on the collision probability of the planned trajectory. Yet, this results in overly conservative behavior on the grounds that the gap between the obtained risk and the specified upper limit is not explicitly restricted. To address this issue, we propose a real-time capable approach to quantify the risk associated with planned trajectories obtained from multiple probabilistic planners, running in parallel, with different upper bounds of the acceptable risk level. Based on the evaluated risk, the least conservative plan is selected provided that its associated risk is below a specified threshold. In such a way, the proposed approach provides probabilistic safety guarantees by attaining a closer bound to the specified risk, while being applicable to generic uncertainties of moving obstacles. We demonstrate the efficiency of our proposed approach, by improving the performance of a state-of-the-art probabilistic planner, in simulations and experiments using a mobile robot in an environment shared with humans.


翻译:如果必须在不发生任何违反安全的情况的情况下完成机器人的任务,则在规划时必须兼顾安全和效率,那么,在不出现任何违反安全情况的情况下,在规划问题中通常会考虑到机会限制,以便通过对计划轨道的碰撞概率设定上限,提供概率性安全保障;然而,这会导致过于保守的行为,其理由是,获得的风险与规定的上限之间的差距没有明确限制;为了解决这一问题,我们提议采用实时的、有能力的方法,量化从多个预测性规划者处获得的计划轨迹带来的风险,同时运行,且具有可接受的风险水平的不同上限。根据所评估的风险,选择最保守的计划,条件是其相关风险低于规定的阈值。这样,拟议的办法提供了概率性安全保障,即接近特定风险,同时适用于移动障碍的一般不确定性。我们通过在与人类共享的环境中使用移动机器人进行模拟和实验,展示了我们拟议方法的效率,改进了与人类共享环境中最先进的预测性规划员的性能。

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