Limiting Kinetic Energy through Control Barrier Functions: Analysis and Experimental Validation

要約

セーフティクリティカルな制御の文脈において、トルク制御ロボットの運動エネルギーを制限するためのコントロールバリア機能（CBF）の使用を提案および分析します。
提案されたスキームは、最小限の侵襲的な方法で名目上の制御動作を変更して、所望の運動エネルギー制限を達成することができます。
公称コントローラー構造とは独立して、基礎となるロボットのダイナミクスにダンピングを適切に導入することで、この安全条件がどのように達成されるかを示します。
我々は、7 自由度 (DoF) のフランカ エミカ パンダ ロボットに対するこのアプローチの広範な実験検証を紹介します。
結果は、このアプローチが、実装が簡単で実際の実験において堅牢な、効果的で低侵襲性の安全層を提供することを示しています。

要約(オリジナル)

In the context of safety-critical control, we propose and analyse the use of Control Barrier Functions (CBFs) to limit the kinetic energy of torque-controlled robots. The proposed scheme is able to modify a nominal control action in a minimally invasive manner to achieve the desired kinetic energy limit. We show how this safety condition is achieved by appropriately injecting damping in the underlying robot dynamics independently of the nominal controller structure. We present an extensive experimental validation of the approach on a 7-Degree of Freedom (DoF) Franka Emika Panda robot. The results demonstrate that this approach provides an effective, minimally invasive safety layer that is straightforward to implement and is robust in real experiments.

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