モデル不確実性下での安全なデュアル制御のための軌道計画：アクティブ探索

Abstract

モデルの不確実性の下で安全な軌道を計画することは、基本的な課題である。ロバストな計画は最悪の場合の実現（realizations）を考慮することで安全性を確保するが、不確実性の低減は無視されるため、過度に慎重な挙動につながる。公称ミッションの最中に、その場で能動的に不確実性を低減することは、双対制御（dual control）問題を定義する。これまでの多くのアプローチは、コストに重み付きの探索（exploration）項を追加し、名目上の目的と不確実性低減の間のトレードオフを調整することで対処しているが、探索が有益であるのはいつかという点を形式的に考慮していない。さらに、一部の手法では安全性が強制される一方で、別の手法では強制されない。われわれは、安全性が制約され、かつ探索によるタスク性能の許容される低下を制限するミッション全体のコスト予算があるもとで、不確実性を低減する予算制約付き双対制御問題を研究する。本研究では、安全性と予算の成立可能性に関する形式的な保証のもとで、ロバスト計画と能動的探索を統合する枠組み Dual-gatekeeper（デュアル・ゲートキーパー）を提案する。要点は、探索が安全性を損なわず、また予算に違反することなく検証可能な改善をもたらす場合に限って探索を行うことであり、これにより、システムがその場のタスク性能と長期的な不確実性低減のバランスを、原理に基づいて取れるようにする。パラメトリックな不確実性のもとでの、クアドロトール（quadrotor）ナビゲーションおよび自律カーレースのケーススタディに対して、異なる安全メカニズムに基づく2つの実装で枠組みの性能を示す。