未来火星科学直升机的混合自主框架

自主航空工具如 NASA 的 Ingenuity，使人类能够快速探索地球之外的行星表面。因此，NASA 正在研究一种火星科学直升机(MSH)，该直升机能够执行远程科学任务，并在挑战性的火星地形中自主导航。鉴于巨大的地球-火星通信延迟和任务的复杂性，要求一种先进的自主框架以确保在无需人工干预的情况下，持续适应任务目标和实时条件，以实现安全和高效的运行。本文提出一种确定性高层控制框架，用于航空探索，将有限状态机(FSM)与行为树(BTs)集成，以实现可扩展、稳健且计算效率高的自主方案，以应对关键场景，如深空探索。在本文中，我们概述了可能的 MSH 的关键能力，并详细说明了 FSM-BT 混合自主框架如何协调这些能力以实现预期目标。蒙特卡洛仿真和现场测试验证了该框架，表明其对离散事件和实时系统反馈具有稳健性和适应性。这些输入触发状态转换或动态调整行为执行，实现反应式和情境感知的响应。该框架与中间件无关，可集成于 F-Prime 等系统，超越航空机器人领域。