Safe Aerial Manipulator Maneuvering and Force Exertion via Control Barrier Functions

要約

この記事では、無人航空機 (UAV) に搭載された器用なロボット アームを使用して、外部の物体に力を加える安全な制御戦略を紹介します。
この目的のために、ハイブリッド力運動コントローラーが開発されました。
このコントローラーは、二次計画法 (QP) に基づく最適化フレームワーク内でコントロール バリア関数 (CBF) 制約を採用します。
目的は、エンドエフェクターのアプローチ動作と表面との位置合わせの間に事前定義された関係を強制し、それによって安全な操作ダイナミクスを確保することです。
エンドエフェクターの力のフィードバックが存在する場合、コントローラーの実装に環境のコンプライアンス モデルは必要ありません。
さらに、この論文は、最適化問題の実現可能性の保証、構成の関数としてのコントローラー入力の連続性、リアプノフの安定性などの正式な結果を提供します。
さらに、空中マニピュレータープラットフォームでの実際の適用可能性を実証するために、さまざまな状況での実験結果を示します。

要約(オリジナル)

This article introduces a safe control strategy for application of forces to an external object using a dexterous robotic arm mounted on an unmanned Aerial Vehicle (UAV). A hybrid force-motion controller has been developed for this purpose. This controller employs a Control Barrier Function (CBF) constraint within an optimization framework based on Quadratic Programming (QP). The objective is to enforce a predefined relationship between the end-effector’s approach motion and its alignment with the surface, thereby ensuring safe operational dynamics. No compliance model for the environment is necessary to implement the controller, provided end-effector force feedback exists. Furthermore, the paper provides formal results, like guarantees of feasibility for the optimization problem, continuity of the controller input as a function of the configuration, and Lyapunov stability. In addition, it presents experimental results in various situations to demonstrate its practical applicability on an aerial manipulator platform.

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