Zero-shot Transferable and Persistently Feasible Safe Control for High Dimensional Systems by Consistent Abstraction

要約

ロボット作業では安全性が非常に重要です。
この問題に対処するために、エネルギー関数に基づく方法が導入されています。
制御限界が存在する場合に安全性を確保するには、システムのすべての状態で永続的に実行可能な安全な制御をもたらすエネルギー関数を設計する必要があります。
しかし、高次元の非線形システム向けにそのようなエネルギー関数を設計することは依然として困難です。
安全仕様に関して高次元システムには冗長なダイナミクスが存在するという事実を考慮して、本論文は抽象安全制御と呼ばれる新しいアプローチを提案します。
低次元モデル上でエネルギー関数の設計を可能にするシステム抽象化手法を提案します。
次に、低次元モデルに関してエネルギー関数を合成して、永続的な実現可能性を確保できます。
結果として得られる安全コントローラは、たとえばロボットアームが異なるツールを保持している場合など、同じ抽象化を使用して他のシステムに直接転送できます。
提案されたアプローチは、シミュレーションと現実世界の両方で 7-DoF ロボット アーム (14 状態) で実証されます。
私たちの方法は常に実行可能な制御を見つけ出し、5 つの異なるシステムでの 500 回の試行で安全違反ゼロを達成します。

要約(オリジナル)

Safety is critical in robotic tasks. Energy function based methods have been introduced to address the problem. To ensure safety in the presence of control limits, we need to design an energy function that results in persistently feasible safe control at all system states. However, designing such an energy function for high-dimensional nonlinear systems remains challenging. Considering the fact that there are redundant dynamics in high dimensional systems with respect to the safety specifications, this paper proposes a novel approach called abstract safe control. We propose a system abstraction method that enables the design of energy functions on a low-dimensional model. Then we can synthesize the energy function with respect to the low-dimensional model to ensure persistent feasibility. The resulting safe controller can be directly transferred to other systems with the same abstraction, e.g., when a robot arm holds different tools. The proposed approach is demonstrated on a 7-DoF robot arm (14 states) both in simulation and real-world. Our method always finds feasible control and achieves zero safety violations in 500 trials on 5 different systems.

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