Safe Quadrotor Navigation using Composite Control Barrier Functions

要約

このペーパーでは、マルチローター航空ロボットの衝突回避を確実にするための安全フィルターを紹介します。
提案された形式は、ロボットのダイナミクスの3次非線形表現に作用するすべての位置制約から単一の複合制御バリア関数を活用します。
複合制約の下での安全フィルターの再帰的実現可能性を分析し、実行不可能なセットが無視できることを示します。
提案された方法により、数千の制約に対する計算スケーラビリティが可能になり、したがって、多数の障害物がある複雑なシーンが可能になります。
私たちは、ナイーブと敵対的な名目政策の両方に対して屋内と屋外の乱雑な環境の両方で動作する、オンボードLidarで四輪車の安全性を保証する能力を実験的に実証します。

要約(オリジナル)

This paper introduces a safety filter to ensure collision avoidance for multirotor aerial robots. The proposed formalism leverages a single Composite Control Barrier Function from all position constraints acting on a third-order nonlinear representation of the robot’s dynamics. We analyze the recursive feasibility of the safety filter under the composite constraint and demonstrate that the infeasible set is negligible. The proposed method allows computational scalability against thousands of constraints and, thus, complex scenes with numerous obstacles. We experimentally demonstrate its ability to guarantee the safety of a quadrotor with an onboard LiDAR, operating in both indoor and outdoor cluttered environments against both naive and adversarial nominal policies.

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