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SafeFlowMatcher:使用控制屏障函数进行流匹配的安全快速规划

Created by
  • Haebom

作者

杨正勇、张承焕、韩秀珍

大纲

基于流匹配 (FM) 的生成规划器可以在一两个 ODE 步中生成高质量路径,但其采样动态特性无法提供正式的安全保证,并且可能在约束附近生成不完整的路径。在本文中,我们提出了 SafeFlowMatcher,这是一个结合了 FM 和控制屏障函数 (CBF) 的规划框架,可实现实时效率和经过认证的安全性。SafeFlowMatcher 使用两步预测-校正 (PC) 积分器。(i) 预测步骤对学习到的 FM 进行一次(或几步)积分,以获得无需干预的候选路径。(ii) 校正步骤使用消失时间尺度矢量场和基于 CBF 的二次规划方法来细化这些路径,该方法对矢量场的扰动最小。我们证明了所得流系统的屏障证书,建立了鲁棒安全集的前向不变性和到安全集的有限时间收敛。 SafeFlowMatcher 避免了分布漂移,并通过仅在已执行路径(而非所有中间潜在路径)上强制执行安全性来缓解局部陷阱问题。在迷宫导航和运动基准测试中,SafeFlowMatcher 比基于​​扩散和 FM 的基线实现了更快、更平滑、更安全的路径。大量的移除实验支持了 PC 积分器和屏障证书的贡献。

Takeaways, Limitations

解决基于FM的生成规划器的安全问题
实现实时效率和认证安全性
使用 PC 集成器确保安全
通过仅对已执行的路径应用安全性来缓解分布漂移和局部陷阱问题。
在迷宫导航和运动基准测试中表现出色
Limitations 未在论文中指定。
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