Embedded Safe Reactive Navigation for Multirotors Systems using Control Barrier Functions

要約

自律航空ロボットの安全フィルターの幅広い採用を促進することを目指して、このペーパーでは、広く使用されているオープンソースオートパイロットへのシームレスな統合のために設計された安全な制御アーキテクチャを紹介します。
一貫したローカリゼーションとマッピングを必要とする方法から離れると、オンラインのオンボード範囲測定からのみ構築された複合制御バリア関数として、障害物回避問題を形式化します。
提案されたフレームワークは安全フィルターとして機能し、公称位置/速度制御ループによって導出された加速参照を変更し、PX4オートパイロットスタックに統合されます。
小さなマルチローター航空ロボットを使用した実験的研究は、動的操作および未知の環境内でのソリューションの有効性とパフォーマンスを示しています。

要約(オリジナル)

Aiming to promote the wide adoption of safety filters for autonomous aerial robots, this paper presents a safe control architecture designed for seamless integration into widely used open-source autopilots. Departing from methods that require consistent localization and mapping, we formalize the obstacle avoidance problem as a composite control barrier function constructed only from the online onboard range measurements. The proposed framework acts as a safety filter, modifying the acceleration references derived by the nominal position/velocity control loops, and is integrated into the PX4 autopilot stack. Experimental studies using a small multirotor aerial robot demonstrate the effectiveness and performance of the solution within dynamic maneuvering and unknown environments.

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