Safety-Critical Formation Control of Non-Holonomic Multi-Robot Systems in Communication-Limited Environments

要約

この論文では、通信が制限された環境における非ホロノミック移動ロボットの編隊制御のための、堅牢な推定器ベースのセーフティクリティカルコントローラーを紹介します。
提案された分散フレームワークは、堅牢な状態推定器と、制御バリア機能を使用してエージェント間の衝突回避を保証するフォーメーション追跡制御法則を統合します。
弦の安定性がコントロール設計に組み込まれており、リーダーとフォロワーのフォーメーションの前任者からのノイズに対する安定性が維持されます。
リアプノフ関数を使用した厳密な安定性解析により、推定誤差の安定性と地層の望ましい構成への収​​束が保証されます。
提案されたアプローチの有効性と堅牢性は、さまざまな操作の数値シミュレーションと、倉庫環境での地層を含む現実的な Gazebo 実験を通じて検証されます。
この結果は、ロボット間通信がないシナリオでも、安全性を維持し、正確な編隊制御を達成し、外乱を軽減するコントローラーの能力を実証しています。

要約(オリジナル)

This paper presents a robust estimator-based safety-critical controller for formation control of non-holonomic mobile robots in communication-limited environments. The proposed decentralized framework integrates a robust state estimator with a formation tracking control law that guarantees inter-agent collision avoidance using control barrier functions. String stability is incorporated into the control design to maintain stability against noise from predecessors in leader-follower formations. Rigorous stability analysis using Lyapunov functions ensures the stability of estimation errors and the convergence of the formation to desired configurations. The effectiveness and robustness of the proposed approach are validated through numerical simulations of various maneuvers and realistic Gazebo experiments involving formations in a warehouse environment. The results demonstrate the controller’s ability to maintain safety, achieve precise formation control, and mitigate disturbances in scenarios without inter-robot communication.

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