路径规划器的安全保证制造技术

本发明专利技术涉及路径规划器的安全保证。提出了用于建立路径规划器的充分性以在规划从起始位置到目的地位置的路径中避开多个障碍物的技术。该技术可以包括：对以下项进行迭代，直到停止条件出现为止：从路径规划器获得从起始位置到目的地位置的路径；将从起始位置到目的地位置的路径表示为逻辑项析取；将项析取合取成表示先前考虑的路径的项合取；确定项合取的可满足性条件；以及对于正的可满足性条件，将所述多个障碍物中的至少一个对应障碍物添加至路径规划器；以及基于该停止条件，提供路径规划器的充分性指示，以在规划从起始位置到目的地位置的路径中避开障碍物。地位置的路径中避开障碍物。地位置的路径中避开障碍物。

【技术实现步骤摘要】
路径规划器的安全保证


[0001]本文所描述的主题总体上涉及诸如飞行器的载具的路径规划器。更特别地，本文所描述的主题涉及分析路径规划器在避开障碍物方面的充分性。

技术介绍

[0002]动态感测和避开其它移动实体的问题是当今在多个领域(例如，陆地、海面、海面下、以及空中)中计算机控制的载具的路径规划的中心挑战。路径规划指定了载具在空间和时间上的配置，并且这样的规划然后可以被转换成使载具致动的命令并且最终在现实中实现。路径规划问题的应用包括计算到目的地的路径，该路径避免与已知范围的静态和动态障碍物的碰撞，并且相对于时间、距离、或风险是最小的。如果系统动态造成完整约束，那么这本身就是NP完全问题。该问题的避开部分是一般规划问题的实例。对于当前正在开发的许多自主系统来说，规划避开的保证和验证是关键的技术挑战。
[0003]现有的大量工作涉及获得控制系统的充分性证明。这种证明通常采取包括工厂模型(plant model)和控制器的连续动态的已知代数和数值表示，并且示出在这种模型的界限(confine)内，系统是稳定的、可控的、以及响应的。在混合系统的研究中，这被扩展成包括混合离散自由度，以表示可能存在于可配置的计算机
‑
物理系统中的包括模式切换的现象。
[0004]在航空航天领域，联邦航空管理局的飞机避碰系统(Federal Aviation Administration
’
s Aircraft Collision Avoidance System)ACAS
‑/>X通过基于场景几何形状向飞行员发出以可变速率爬升或下降的建议来解决感测和避开问题。使用自动定理证明器在形式上研究了该系统的验证。然而，该工作是非常有限的，因为ACAS
‑
X规划器是极度受约束的，并且仅能够有小系列的离散建议中的一个，而更现代的规划器覆盖了这些验证技术不是按比例缩放的呈指数规律大的选择空间。

技术实现思路

[0005]根据各种示例，提出了一种建立路径规划器的充分性以在规划从起始位置到目的地位置的路径中避开多个障碍物的方法。所述方法包括以下步骤：对以下项进行迭代，直到多个预定停止条件中的停止条件出现为止：从路径规划器获得从起始位置到目的地位置的路径；将从起始位置到目的地位置的路径表示为逻辑项析取(disjunction of logical terms)；将该项析取合取(conjoining)成表示先前考虑的从起始位置到目的地位置的路径的项合取(conjunction of terms)；确定项合取的可满足性条件；以及对于正的可满足性条件，将所述多个障碍物中的至少一个对应障碍物添加至路径规划器；以及基于该停止条件，提供路径规划器的充分性指示，以在规划从起始位置到目的地位置的路径中避开障碍物。
[0006]上述示例的各种可选特征包括如下。该充分性指示可以是正的，并且所述方法还可以包括以下步骤：载具经过由路径规划器生成的路径。载具可以包括飞行器，并且路径规
划器可以在飞行器中实现。所述多个预定停止条件可以包括：包括项合取的可满足性条件在迭代的某一阶段为负的停止条件；以及包括路径规划器在迭代的某一阶段未能提供路径的停止条件。所述方法还可以包括以下步骤：将起始位置与目的地位置之间的空间分割成多个局部重叠部分；以及将障碍物表示为所述多个局部重叠部分的子集。该空间可以是三维的，并且各个部分皆可以包括多面体(polytope)。所述逻辑项中的各个项皆可以对应于所述多个局部重叠部分中的部分。所述逻辑项中的各个逻辑项皆可以表示当且仅当对应部分包括障碍物时为真的语句。将从起始位置到目的地位置的路径表示为逻辑项析取的步骤可以包括：向从起始位置到目的地位置的路径并且向所述多个局部重叠部分应用成员关系算法(membership algorithm)。确定项合取的可满足性条件的步骤可以包括：应用增量满足算法。
[0007]根据各种示例，提出了一种建立路径规划器的充分性以在规划从起始位置到目的地位置的路径中避开多个障碍物的系统。该系统包括：电子处理器；以及包括指令的电子持久性存储器，该指令在由电子处理器执行时，将该电子处理器配置成执行包括以下项的操作：对以下项进行迭代，直到多个预定停止条件中的停止条件出现为止：从路径规划器获得从起始位置到目的地位置的路径；将从起始位置到目的地位置的路径表示为逻辑项析取；将该项析取合取成表示先前考虑的从起始位置到目的地位置的路径的项合取；确定项合取的可满足性条件；以及对于正的可满足性条件，将所述多个障碍物中的至少一个对应障碍物添加至路径规划器；以及基于该停止条件，提供路径规划器的充分性指示，以在规划从起始位置到目的地位置的路径中避开障碍物。
[0008]上述示例的各种可选特征包括如下。该充分性指示可以是正的。载具可以包括飞行器，并且路径规划器可以在飞行器中实现。所述多个预定停止条件可以包括：包括项合取的可满足性条件在迭代的某一阶段为负的停止条件；以及包括路径规划器在迭代的某一阶段未能提供路径的停止条件。所述操作可以包括：将起始位置与目的地位置之间的空间分割成多个局部重叠部分；以及将障碍物表示为所述多个局部重叠部分的子集。该空间可以是三维的，并且各个部分皆可以包括多面体(polytope)。所述逻辑项中的各个项皆可以对应于所述多个局部重叠部分中的部分。所述逻辑项中的各个逻辑项皆可以表示当且仅当对应部分包括障碍物时为真的语句。将从起始位置到目的地位置的路径表示为逻辑项析取可以包括：向从起始位置到目的地位置的路径并且向所述多个局部重叠部分应用成员关系算法。确定项合取的可满足性条件可以包括应用增量满足算法。
附图说明
[0009]根据下面结合附图对示例的详细描述，上述和/或其它方面和优点将变得更明显且更容易理解，其中：
[0010]图1是根据各种示例的航空航天领域中的路径规划的示意图；
[0011]图2是建立路径规划器的充分性以在规划从起始位置到目的地位置的路径中避开多个障碍物的系统200的示意图；
[0012]图3是建立路径规划器的充分性以在规划从起始位置到目的地位置的路径中避开多个障碍物的方法的流程图；以及
[0013]图4是适合于实现各种示例的示例硬件的示意图。
具体实施方式
[0014]现在，将参照附图更全面描述示例性方面。然而，本公开的示例可以按许多不同的形式具体实施，而不应视为对本文所阐述的示例进行限制。相反地，提供这些示例，以使本公开透彻和完整，并且向本领域技术人员全面表达所述范围。在图中，一些细节可以被简化和/或绘制成便于理解，而不是维持严格的结构准确度、细节、和/或比例。
[0015]一些示例为路径规划器提供避障充分性证明，对于该避障充分性证明，希望将路径规划器本身视为任意黑箱。与先前在控制下工作或ACAS
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X不同，不需要关于路径规划器如何工作的假设，也不存在对其可以生成的路径支持的任何限制。这允许验证复杂的路径规划技术，这种复杂路径规划技术无法转化成简本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种建立路径规划器(104)的充分性以在规划从起始位置到目的地位置的路径中避开多个障碍物的方法(300)，所述方法包括以下步骤：对以下操作进行迭代，直到多个预定停止条件中的停止条件出现为止：从所述路径规划器获得(308)从所述起始位置到所述目的地位置的路径(106)；将从所述起始位置到所述目的地位置的所述路径表示(310)为逻辑项析取；将所述逻辑项析取合取(312)成表示先前考虑的从所述起始位置到所述目的地位置的路径的项合取；确定(314)所述项合取的可满足性条件；以及对于正的可满足性条件，将所述多个障碍物中的至少一个对应障碍物添加(316)至所述路径规划器；以及基于所述停止条件，提供(306)所述路径规划器的充分性指示，以在规划从所述起始位置到所述目的地位置的路径中避开所述障碍物。2.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述充分性指示为正时，所述方法还包括以下步骤：载具(102)经过由所述路径规划器生成的路径。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述载具包括飞行器(402)，并且其中，所述路径规划器是在所述飞行器中实现的。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个预定停止条件包括：包括所述项合取的所述可满足性条件在所述迭代的某一阶段为负的停止条件；以及包括所述路径规划器在所述迭代的某一阶段未能提供路径的停止条件。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：将所述起始位置与所述目的地位置之间的空间分割成多个局部重叠部分；以及将所述障碍物表示为所述多个局部重叠部分的子集。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述空间是三维的，并且其中，各个部分包括多面体。7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述逻辑项中的各个逻辑项对应于所述多个局部重叠部分中的部分。8.根据权利要求7所述的方法(300)，其中，所述逻辑项中的各个逻辑项表示当且仅当对应部分包括障碍物时为真的语句。9.根据权利要求5所述的方法，其中，将从所述起始位置到所述目的地位置的所述路径表示为所述逻辑项析取的步骤包括：向从所述起始位置到所述目的地位置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：极光飞行科学公司，
类型：发明
国别省市：