Fast, Smooth, and Safe: Implicit Control Barrier Functions through Reach-Avoid Differential Dynamic Programming

要約

安全性は、ドメイン全体で自律システムを運用するための中心的な要件です。
ハミルトン・ヤコビ (HJ) 到達可能性分析を使用すると、頻度は低いものの、極端な制御オーバーライドが発生する「最も制限の少ない」安全フィルターを構築できます。
対照的に、制御バリア関数 (CBF) 手法は、スムーズな制御補正を適用して、保守的な安全境界からシステムを保護します。
この論文では、リセッション ホライズン フレームワークにおける HJ リーチ回避差分動的計画法を通じて暗黙的な CBF を構築するオンライン スキームを提供し、無限時間の安全保証を備えたスムーズな安全フィルタリングを可能にします。
Dubins の車と 5D 自転車のダイナミクスを使用したシミュレーションは、手作りの CBF の保守的なことなく安全性をスムーズに維持するこのスキームの能力を示しています。

要約(オリジナル)

Safety is a central requirement for autonomous system operation across domains. Hamilton-Jacobi (HJ) reachability analysis can be used to construct ‘least-restrictive’ safety filters that result in infrequent, but often extreme, control overrides. In contrast, control barrier function (CBF) methods apply smooth control corrections to guard the system against an often conservative safety boundary. This paper provides an online scheme to construct an implicit CBF through HJ reach-avoid differential dynamic programming in a receding-horizon framework, enabling smooth safety filtering with infinite-time safety guarantees. Simulations with the Dubins car and 5D bicycle dynamics demonstrate the scheme’s ability to preserve safety smoothly without the conservativeness of handcrafted CBFs.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google