Asymmetric Design of Control Barrier Function for Multiagent Autonomous Robotic Systems

要約

本稿では、マルチエージェント自律ロボットシステム（MARS）における分散衝突回避のためのコントロールバリア機能（CBF）の「解決策なし」状況を回避する方法を提案します。
MARSは分散型の自律移動ロボットで構成されており、一定エリア内での探索などの協調作業を効果的に実行することが期待されている。
したがって、MARS を現実世界に実装する場合は、衝突回避を考慮する必要があります。
CBF は衝突回避問題の解決に効果的です。
ただし、多くのロボットが 1 つの場所に集まる極端な状況では、ロボット間の安全な距離を確保する CBF 制約に違反する可能性があります。
我々は、この問題が特定の状況で発生する可能性があることを理論的に実証し、CBF の不等式制約に非対称設計を導入します。
ロボットの絶対速度を利用した重み関数による不等式制約を非対称分散化し、厳しい条件下でも他のロボットがロボットの制約を引き継ぐことができるようにしました。
複数のロボットが 1 つの場所に集まる 2 次元状況において、提案手法の有効性を実証します。
提案手法を実際のロボットに実装し、この理論の有効性を確認しました。

要約(オリジナル)

In this paper, we propose a method to avoid ‘no-solution’ situations of the control barrier function (CBF) for distributed collision avoidance in a multiagent autonomous robotic system (MARS). MARS, which is composed of distributed autonomous mobile robots, is expected to effectively perform cooperative tasks such as searching in a certain area. Therefore, collision avoidance must be considered when implementing MARS in the real world. The CBF is effective for solving collision-avoidance problems. However, in extreme conditions where many robots congregate at one location, the CBF constraints that ensure a safe distance between robots may be violated. We theoretically demonstrate that this problem can occur in certain situations, and introduce an asymmetric design for the inequality constraints of CBF. We asymmetrically decentralized inequality constraints with weight functions using the absolute speed of the robot so that other robots can take over the constraints of the robot in severe condition. We demonstrate the effectiveness of the proposed method in a two-dimensional situation wherein multiple robots congregate at one location. We implement the proposed method on real robots and the confirmed the effectiveness of this theory.

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