In order for automated mobile vehicles to navigate in the real world with minimal collision risks, it is necessary for their planning algorithms to consider uncertainties from measurements and environmental disturbances. In this paper, we consider analytical solutions for a conservative approximation of the mutual probability of collision between two robotic vehicles in the presence of such uncertainties. Therein, we present two methods, which we call unitary scaling and principal axes rotation, for decoupling the bivariate integral required for efficient approximation of the probability of collision between two vehicles including orientation effects. We compare the conservatism of these methods analytically and numerically. By closing a control loop through a model predictive guidance scheme, we observe through Monte-Carlo simulations that directly implementing collision avoidance constraints from the conservative approximations remains infeasible for real-time planning. We then propose and implement a convexification approach based on the tightened collision constraints that significantly improves the computational efficiency and robustness of the predictive guidance scheme.


翻译:为了让自动机动车辆在现实世界中以最小的碰撞风险航行,它们的规划算法有必要考虑测量和环境扰动的不确定性。在本文件中,我们考虑了在存在这种不确定性的情况下保守地近似两种机器人飞行器碰撞的相互可能性的分析性解决办法。在本文中,我们提出了两种方法,我们称之为统一缩放和主要轴旋转,以拆分有效接近两种车辆碰撞概率(包括定向效应)所需的双轨构件。我们用分析和数字比较这些方法的保守性。我们通过模型预测性指导计划关闭控制环,通过蒙特卡洛模拟观察到,直接执行保守的近似法对避免碰撞的限制对于实时规划来说仍然不可行。我们然后提出并执行一项基于更紧凑的碰撞制约的凝固的凝固化方法,这大大提高了预测性指导计划的计算效率和稳健性。

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