In safety-critical scenarios, the protection level of the autonomous navigation system is crucial for enabling mobile robots to perform safe tasks. However, existing studies on probabilistic navigation systems for robots usually perform offline accuracy evaluations using limited datasets and assume that the results can be applied to unknown real-world environments. As a result, current autonomous mobile robots often lack protection levels for online safety assessment. To fill this gap, we propose a safety-critical LiDAR-inertial odometry (LIO) that provides deterministic protection levels based on on-manifold deterministic state estimation. By adopting the unknown but bounded assumption, we derive a neat closed-form relationship between point cloud noise and the uncertainty of the estimation from the iterated closest point algorithm. Using this relationship, we design an on-manifold ellipsoidal set-membership filter and implement it within the LIO system. Leveraging the properties of the set-membership filter, our system offers the feasible sets of the estimated locations as the deterministic protection levels, serving as safety references for the robots' downstream autonomous operations. The experimental results show that our system can provide effective deterministic online safety references for diverse robots in various environments.


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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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