論文の概要: ASMA: An Adaptive Safety Margin Algorithm for Vision-Language Drone Navigation via Scene-Aware Control Barrier Functions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.10283v2
• Date: Mon, 10 Mar 2025 21:51:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-12 15:39:05.559061
• Title: ASMA: An Adaptive Safety Margin Algorithm for Vision-Language Drone Navigation via Scene-Aware Control Barrier Functions
• Title（参考訳）: ASMA:Scene-Aware Control Barrier関数による視覚言語ドローンナビゲーションのためのアダプティブセーフティマージンアルゴリズム
• Authors: Sourav Sanyal, Kaushik Roy,
• Abstract要約: VLNを運用するドローンプラットフォームについて検討し、新しいシーン認識CBFを定式化することによって安全性を向上させる。 CBFのないベースラインシステムは、コマンドを順序づけられたランドマークのシーケンスに変換するために、モーダルな注意を持つビジョンランゲージを使用する。 ASMAは移動物体を追跡し、シーン認識CBF評価をオンザフライで実行し、追加の制約として機能する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.645098673995317
• License:
• Abstract: In the rapidly evolving field of vision-language navigation (VLN), ensuring safety for physical agents remains an open challenge. For a human-in-the-loop language-operated drone to navigate safely, it must understand natural language commands, perceive the environment, and simultaneously avoid hazards in real time. Control Barrier Functions (CBFs) are formal methods that enforce safe operating conditions. Model Predictive Control (MPC) is an optimization framework that plans a sequence of future actions over a prediction horizon, ensuring smooth trajectory tracking while obeying constraints. In this work, we consider a VLN-operated drone platform and enhance its safety by formulating a novel scene-aware CBF that leverages ego-centric observations from a camera which has both Red-Green-Blue as well as Depth (RGB-D) channels. A CBF-less baseline system uses a Vision-Language Encoder with cross-modal attention to convert commands into an ordered sequence of landmarks. An object detection model identifies and verifies these landmarks in the captured images to generate a planned path. To further enhance safety, an Adaptive Safety Margin Algorithm (ASMA) is proposed. ASMA tracks moving objects and performs scene-aware CBF evaluation on-the-fly, which serves as an additional constraint within the MPC framework. By continuously identifying potentially risky observations, the system performs prediction in real time about unsafe conditions and proactively adjusts its control actions to maintain safe navigation throughout the trajectory. Deployed on a Parrot Bebop2 quadrotor in the Gazebo environment using the Robot Operating System (ROS), ASMA achieves 64%-67% increase in success rates with only a slight increase (1.4%-5.8%) in trajectory lengths compared to the baseline CBF-less VLN.
• Abstract（参考訳）: 視覚言語ナビゲーション(VLN)の分野では、物理エージェントの安全性を確保することはオープンな課題である。 人間の言語操作型ドローンが安全にナビゲートするには、自然言語コマンドを理解し、環境を認識し、同時に危険をリアルタイムに回避する必要がある。 制御バリア関数(CBF)は、安全な動作条件を強制する形式的な方法である。 Model Predictive Control (MPC) は、予測地平線上で将来の行動のシーケンスを計画し、制約に従ってスムーズな軌道追跡を保証する最適化フレームワークである。 本研究では,VLNが運用するドローンプラットフォームについて検討し,レッドグリーンブルーとディープス(RGB-D)チャネルを持つカメラからのエゴ中心の観察を生かした新しいシーン認識CBFを定式化することによって,安全性を高める。 CBFのないベースラインシステムは、コマンドを順序づけられたランドマークのシーケンスに変換するために、モード横断の注意を持つビジョンランゲージエンコーダを使用する。 オブジェクト検出モデルは、キャプチャされた画像中のこれらのランドマークを特定し、検証し、計画されたパスを生成する。 安全性をさらに高めるため、適応安全マージンアルゴリズム(ASMA)を提案する。 ASMAは移動物体を追跡し、MPCフレームワーク内の追加制約として機能するシーン認識CBF評価をオンザフライで行う。 リスクのある観測を継続的に特定することにより、システムは安全でない条件についてリアルタイムで予測を行い、その制御動作を積極的に調整し、軌道全体にわたって安全なナビゲーションを維持する。 ロボット・オペレーティング・システム(ROS)を用いたガゼボの環境におけるParrot Bebop2四極子上に展開されたASMAは、CBFレスVLNに比べて軌道長がわずかに増加し(1.4%-5.8%)、成功率が64%-67%向上した。

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