Safety-Critical Coordination of Legged Robots via Layered Controllers and Forward Reachable Set based Control Barrier Functions

要約

この論文では、動的環境におけるロボットの調整に対する安全性を重視したアプローチを紹介します。
この目的を達成するために、前方到達可能セットを備えたコントロール バリア機能 (CBF) を活用して、階層化されたコントローラーを介して望ましい軌道を維持しながら、ロボットの安全な調整を保証します。
トップレベルのプランナーは、環境内の動的な制約を考慮して、各エージェントの安全が確保された軌道を生成します。
このプランナーは、前方到達可能セットに基づいた高次 CBF を利用して、安全性が重要な調整制御を確保します。つまり、移動中のロボットの安全な調整を保証します。
中レベルの軌道プランナーは、単一剛体 (SRB) ダイナミクスを使用して最適な地面反力 (GRF) を生成し、トップレベルのプランナーからの安全性が確保された軌道を追跡します。
各スタンス脚の端のフリクション コーンの状態を確保しながら最適な GRF を遵守するための全身動作は、低レベルのコントローラーから生成されます。
このアプローチの有効性は、シミュレーションとハードウェア実験を通じて実証されます。

要約(オリジナル)

This paper presents a safety-critical approach to the coordination of robots in dynamic environments. To this end, we leverage control barrier functions (CBFs) with the forward reachable set to guarantee the safe coordination of the robots while preserving a desired trajectory via a layered controller. The top-level planner generates a safety-ensured trajectory for each agent, accounting for the dynamic constraints in the environment. This planner leverages high-order CBFs based on the forward reachable set to ensure safety-critical coordination control, i.e., guarantee the safe coordination of the robots during locomotion. The middle-level trajectory planner employs single rigid body (SRB) dynamics to generate optimal ground reaction forces (GRFs) to track the safety-ensured trajectories from the top-level planner. The whole-body motions to adhere to the optimal GRFs while ensuring the friction cone condition at the end of each stance leg are generated from the low-level controller. The effectiveness of the approach is demonstrated through simulation and hardware experiments.

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