Recently there have been a lot of interests in introducing UAVs for a wide range of applications, making ensuring safety of multi-vehicle systems a highly crucial problem. Hamilton-Jacobi (HJ) reachability is a promising tool for analyzing safety of vehicles for low-dimensional systems. However, reachability suffers from the curse of dimensionality, making its direct application to more than two vehicles intractable. Recent works have made it tractable to guarantee safety for 3 and 4 vehicles with reachability. However, the number of vehicles safety can be guaranteed for remains small. In this paper, we propose a novel reachability-based approach that guarantees safety for any number of vehicles while vehicles complete their objectives of visiting multiple targets efficiently, given any K-vehicle collision avoidance algorithm where K can in general be a small number. We achieve this by developing an approach to group vehicles into clusters efficiently and a control strategy that guarantees safety for any in-cluster and cross-cluster pair of vehicles for all time. Our proposed method is scalable to large number of vehicles with little computation overhead. We demonstrate our proposed approach with a simulation on 15 vehicles. In addition, we contribute a more general solution to the 3-vehicle collision avoidance problem from a past recent work, show that the prior work is a special case of our proposed generalization, and prove its validity.


翻译:最近,在为各种应用采用无人驾驶航空器方面,人们对采用无人驾驶航空器有许多兴趣,使确保多车辆系统的安全成为极重要的问题。汉密尔顿-Jacobi(HJ)的可达性是分析低维系统车辆安全的一个很有希望的工具,然而,可达性受到维度的诅咒,直接适用于两部以上的车辆。最近的工作使得可达性可以移动,以保证3辆和4辆车辆的安全。然而,车辆安全的数量仍然可以保证很小。在本文件中,我们提出了一种基于可达性的新办法,保证任何几辆车辆的安全,而车辆在达到其有效访问多目标时,能够有效访问多目标。鉴于任何K型车辆避免碰撞的算法,K型车辆一般可以是一个小数目。我们之所以能够做到这一点,是因为制定了一种方法,将车辆分成一个高效的集群,使两组车辆的车辆随时都能安全。我们提议的方法可以扩缩到大量没有多少计算间接费用的车辆。我们用模拟了拟议的办法。此外,我们用模拟方式展示了我们提议的办法,即我们提出的一个较普遍的办法,即从以往的避免车辆碰撞碰撞问题的角度证明,我们最近的一项特殊的办案。

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