Operating unmanned aerial vehicles (UAVs) in complex environments that feature dynamic obstacles and external disturbances poses significant challenges, primarily due to the inherent uncertainty in such scenarios. Additionally, inaccurate robot localization and modeling errors further exacerbate these challenges. Recent research on UAV motion planning in static environments has been unable to cope with the rapidly changing surroundings, resulting in trajectories that may not be feasible. Moreover, previous approaches that have addressed dynamic obstacles or external disturbances in isolation are insufficient to handle the complexities of such environments. This paper proposes a reliable motion planning framework for UAVs, integrating various uncertainties into a chance constraint that characterizes the uncertainty in a probabilistic manner. The chance constraint provides a probabilistic safety certificate by calculating the collision probability between the robot's Gaussian-distributed forward reachable set and states of obstacles. To reduce the conservatism of the planned trajectory, we propose a tight upper bound of the collision probability and evaluate it both exactly and approximately. The approximated solution is used to generate motion primitives as a reference trajectory, while the exact solution is leveraged to iteratively optimize the trajectory for better results. Our method is thoroughly tested in simulation and real-world experiments, verifying its reliability and effectiveness in uncertain environments.


翻译:在具有动态障碍和外部扰动的复杂环境中,无人驾驶飞行器(无人驾驶飞行器)在具有动态障碍和外部扰动的复杂环境中运行,这带来了重大挑战,这主要是由于此类假设的内在不确定性造成的。此外,不准确的机器人定位和建模错误进一步加重了这些挑战。最近关于静态环境中无人驾驶飞行器运动规划的研究未能应对迅速变化的周围环境,导致可能不可行的轨迹。此外,以往处理动态障碍或孤立的外部扰动的方法不足以应对此类环境的复杂性。本文件提议为无人驾驶飞行器制定一个可靠的运动规划框架,将各种不确定性纳入一个机会制约,从而以概率性方式将不确定性定性为特征。机会制约提供了一种概率性安全证书,通过计算机器人高斯分散的远方可达标和障碍状态之间的碰撞概率概率概率。为减少计划轨迹的保守性,我们提议了碰撞概率的紧紧上限,并准确和大致地评价了碰撞概率。近似解决办法被用来生成运动原始模型,同时利用精确的解决办法对轨迹进行迭接优化轨道,以取得更好的结果。我们的方法在真实的环境下对可靠性进行彻底的模拟和实验。</s>

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