As autonomous robots increasingly navigate complex and unpredictable environments, ensuring their reliable behavior under uncertainty becomes a critical challenge. This paper introduces a digital twin-based runtime verification for an autonomous mobile robot to mitigate the impact posed by uncertainty in the deployment environment. The safety and performance properties are specified and synthesized as runtime monitors using TeSSLa. The integration of the executable digital twin, via the MQTT protocol, enables continuous monitoring and validation of the robot's behavior in real-time. We explore the sources of uncertainties, including sensor noise and environment variations, and analyze their impact on the robot safety and performance. Equipped with high computation resources, the cloud-located digital twin serves as a watch-dog model to estimate the actual state, check the consistency of the robot's actuations and intervene to override such actuations if a safety or performance property is about to be violated. The experimental analysis demonstrated high efficiency of the proposed approach in ensuring the reliability and robustness of the autonomous robot behavior in uncertain environments and securing high alignment between the actual and expected speeds where the difference is reduced by up to 41\% compared to the default robot navigation control.


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机器人(英语:Robot)包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械(如机器狗,机器猫等)。狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议,有些电脑程序甚至也被称为机器人。在当代工业中,机器人指能自动运行任务的人造机器设备,用以取代或协助人类工作,一般会是机电设备,由计算机程序或是电子电路控制。

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