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ICS定义

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定义

在机器人运动规划曾名经常用到一个概念：ICS(inevitable collision state)，这里将其翻译为不可避免碰撞状态，在泡泡机器人也翻译为不可逆碰撞状态。

定义的原文可以参考05年这篇对其进行定义的论文.

一般对ICS的定义为：在某一状态下，无论采取任何控制输入流，都会不可避免地发生碰撞。，且考虑到任意动态和静态障碍物。

状态s是在t时刻是一个碰撞状态的定义为：当且仅当存在一个障碍物使得和状态s有交集。

相似地，可以对inevitable collision obstacle进行定义：产生与特定障碍碰撞的不可避免碰撞状态的集合。

Similarly, it is possible to define an inevitable collision obstacle as the set of inevitable collision states yielding a collision with a particular obstacle.

例如：假设P点是空间W中的一个点，在其前面有一个墙时，其初速度为v，从初速度v刹车到零时所需要的距离d(stop)，和墙体之间的距离为d(v)，若d(v)小于d(stop)时，无论在未来采取任何动作，都不能避免碰撞的发生。

上图中的灰色区域该速度v下的ICS，这个ICS的大小，即d(v)的长度与初速度v有关。假设d(v)与初速度成线性关系，那么ICS的大小就成会下图斜线所示。

用处

可用在navigation、motion planning中，任何一个机器人系统都不应该将自己放置于一个不可避免碰撞状态中。
首先在navigation中：这里的导航指的是指定机器人在下一个时间步中应该执行的基本运动，类似于决策。navigation必须保证机器人的安全，在具有移动障碍物的环境中，这是非常重要的，需要同时考虑环境中移动障碍物的未来行为和机器人的动力学。在这个框架中，不可避免碰撞状态概念的好处是显而易见的。通过设计，不可避免的碰撞状态整合了机器人系统和移动障碍物的动力学。
当设计到运动规划时，ICS的概率同样有用，考虑机器人系统在部分已知的环境中运动时的运动规划问题。系统受到感知约束（视野有限），环境包含运动障碍物，一些是能够提前知道的，一些又不能是提前知道的。基于有用的先验信息，能够计算得到机器人的nominal轨迹。 然后，在执行时可能会发小当检测到新的障碍物时，会来不及对其进行躲避了。这里的问题就是计算安全运动（safe motions），也就是能够保证无论发生什么，机器人系统都不会处于无法与unexpected障碍物避免碰撞的状态。这个问题和导航与运动规划之间的相互配合有关系。

参考：

  • Fraichard T, Asama H. Inevitable collision states—A step towards safer robots?[J]. Advanced Robotics, 2004, 18(10): 1001-1024.
    https://hal.inria.fr/inria-00182063v1/document

  • Petti S, Fraichard T. Safe motion planning in dynamic environments[C]//2005 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. IEEE, 2005: 2210-2215.
    https://hal.inria.fr/inria-00182046/document

  • 泡泡机器人：https://www.sohu/a/335501481_715754

本文标签： 不可避免定义状态ICS

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