四旋翼飞行器动力学运动规划的安全性保证

自主无人机在现实场景中的应用，如搜索与救援、巡检和物流，已获得广泛关注。随着其在民用应用中的日益普及，未能确保安全运行可能导致系统物理损坏、环境污染甚至人员伤亡。最近的研究表明，运动规划技术能够在导航过程中有效生成无碰撞轨迹。然而，这些方法在生成运动规划时，并未固有地考虑系统的安全运行区域，导致在部署过程中可能违反安全约束。在本文中，我们提出了一种方法，在动力学运动规划方案中利用运行时安全保证来满足系统的运行约束。首先，我们使用基于采样的几何规划器在用户定义的空间内确定一条高级别的无碰撞路径。其次，我们设计了一个低级别的安全保证滤波器，为用于轨迹跟踪的线性二次型调节器(LQR)的控制输入提供安全保证。我们在一个受限的3D仿真环境中，使用Crazyflie 2.0无人机模型演示了我们提出的方法。