gatekeeper: Safety Verification and Control for Nonlinear Systems in Unknown and Dynamic Environments

要約

このホワイト ペーパーでは、ゲートキーパー アルゴリズムを紹介します。ゲートキーパー アルゴリズムは、知覚が限られているにもかかわらず、非線形システムが未知の動的環境内で安全に動作できるようにするための、リアルタイムで計算量の少ない方法です。
ゲートキーパーは、制限された外乱、入力制約、および環境の部分的な知識の影響を受ける非線形ダイナミクスにもかかわらず、提案された軌道を安全に実行できることを保証する追加の検証ステップを導入することにより、既存のパスプランナーおよびフィードバックコントローラーと統合します。
私たちの主な貢献は、(A) コミットされた軌跡を再帰的に構築するアルゴリズムを提案し、(B) コミットされた軌跡を追跡することで、システムが将来にわたって常に安全であることを証明することです。
この方法は、動的環境での複雑な消防ミッションで実証され、同様の問題に対する最先端の技術と比較されます。

要約(オリジナル)

This paper presents the gatekeeper algorithm, a real-time and computationally-lightweight method to ensure that nonlinear systems can operate safely within unknown and dynamic environments despite limited perception. gatekeeper integrates with existing path planners and feedback controllers by introducing an additional verification step that ensures that proposed trajectories can be executed safely, despite nonlinear dynamics subject to bounded disturbances, input constraints and partial knowledge of the environment. Our key contribution is that (A) we propose an algorithm to recursively construct committed trajectories, and (B) we prove that tracking the committed trajectory ensures the system is safe for all time into the future. The method is demonstrated on a complicated firefighting mission in a dynamic environment, and compares against the state-of-the-art techniques for similar problems.

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