18、高效运动规划与安全预警技术解析

高效运动规划与安全预警技术解析

在机器人技术不断发展的今天，运动规划和安全预警是两个至关重要的领域。运动规划算法需要在复杂动态环境中为机器人找到安全可行的路径，而安全预警系统则要在高风险的机器人应用中及时准确地检测出不安全情况。下面将详细介绍两种相关技术：基于漏斗的在线反馈运动重规划算法PiP - X和基于共形预测的样本高效安全保障框架。

基于漏斗的在线反馈运动重规划算法PiP - X

PiP - X是一种新颖的在线漏斗式运动重规划算法，它结合了系统分析与控制、基于采样的方法以及增量图搜索技术，能够为动态工作空间中的非线性机器人系统实现反馈运动重规划。

算法原理

该算法利用基于采样的技术迭代构建一个考虑漏斗边缘的搜索图，将机器人的可穿越性和漏斗序列性信息以增强有向图的形式表示，通过增量图重规划技术可以快速对其进行重新布线。这种方式确保了算法能够在动态环境中快速计算和重新计算安全、可控的运动计划。

同时，PiP - X使用Lyapunov水平集理论分析和量化轨迹的稳定性，保证了解决方案路径的运动动力学可行性。验证漏斗对的可组合性也是解决大多数单查询基于采样的运动规划器在重新布线时遇到的两点边值问题的一种“宽松”替代方法。

实验验证

为了验证PiP - X算法的有效性，研究人员在模拟的四旋翼无人机上进行了实验，让无人机在带有动态障碍物的空间中飞行。具体步骤如下：
1. 系统建模 ：使用牛顿 - 欧拉公式推导四旋翼无人机的运动方程。系统状态x包括位置、方向、线速度和机体速率，输入为4个旋翼速度。
2. 控制器设计