Whole-body Dynamic Collision Avoidance with Time-varying Control Barrier Functions

要約

近年、ロボット研究では全身衝突回避への注目が高まっています。
この論文では、動的衝突回避を達成するために、ロボ中心のユークリッド符号付き距離場 (RC-ESDF) によって構築された時変制御バリア関数 (時変 CBF) を利用するセーフティ クリティカル コントローラーを提案します。
RC-ESDF はロボット本体のフレーム内に構築され、ロボットの形状のみに依存するため、計算リソースを節約するためのリアルタイム更新の必要がなくなります。
さらに、ロボットが目的地に確実に到達できるように、2 つの制御リアプノフ関数 (CLF) を設計します。
リアルタイム アプリケーションを可能にするために、CLF と CBF を制約として組み込んだセーフティ クリティカル コントローラーは、二次計画法 (QP) 最適化問題として定式化されます。
提案したアプローチの有効性を検証するために、L 字型ロボットの 2 つの異なるダイナミクスについて数値シミュレーションを実行しました。

要約(オリジナル)

Recently, there has been increasing attention in robot research towards the whole-body collision avoidance. In this paper, we propose a safety-critical controller that utilizes time-varying control barrier functions (time varying CBFs) constructed by Robo-centric Euclidean Signed Distance Field (RC-ESDF) to achieve dynamic collision avoidance. The RC-ESDF is constructed in the robot body frame and solely relies on the robot’s shape, eliminating the need for real-time updates to save computational resources. Additionally, we design two control Lyapunov functions (CLFs) to ensure that the robot can reach its destination. To enable real-time application, our safety-critical controller which incorporates CLFs and CBFs as constraints is formulated as a quadratic program (QP) optimization problem. We conducted numerical simulations on two different dynamics of an L-shaped robot to verify the effectiveness of our proposed approach.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google