Safe navigation in real-time is challenging because engineers need to work with uncertain vehicle dynamics, variable external disturbances, and imperfect controllers. A common safety strategy is to inflate obstacles by hand-defined margins. However, arbitrary static margins often fail in more dynamic scenarios, and using worst-case assumptions is overly conservative for most settings where disturbances over time. In this work, we propose a middle ground: safety margins that adapt on-the-fly. In an offline phase, we use Monte Carlo simulations to pre-compute a library of safety margins for multiple levels of disturbance uncertainties. Then, at runtime, our system estimates the current disturbance level to query the associated safety margins that best trades off safety and performance. We validate our approach with extensive simulated and real-world flight tests. We show that our adaptive method significantly outperforms static margins, allowing the vehicle to operate up to 1.5 times faster than worst-case static margins while maintaining safety. Video: https://youtu.be/SHzKHSUjdUU


翻译:实时安全导航具有挑战性,因为工程师需要用不确定的车辆动态、变异的外部扰动和不完善的控制器来操作。 共同的安全策略是用手定义的边距来放大障碍。 但是,任意的静态边距往往在更动态的假设中失败, 使用最坏的假设对长期动乱的大多数环境来说过于保守。 在这项工作中, 我们提议了一个中间地面: 安全边距, 以在空中适应。 在离线阶段, 我们使用蒙特卡洛模拟来预先计算一个安全边距库, 用于多种程度的扰动不确定因素。 然后, 在运行时, 我们的系统估计当前的扰动程度, 以查询相关的安全边距, 以最佳方式交换安全和性能。 我们用广泛的模拟和真实世界的飞行测试来验证我们的方法。 我们显示, 我们的适应方法大大优于静态边距, 使车辆在维护安全时运行速度比最坏的静距高出1.5倍。 视频: https://yotu.be/SHzKHSUjudUU

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