Collision-free Control Barrier Functions for General Ellipsoids via Separating Hyperplane

要約

このホワイトペーパーでは、コントロールバリア機能（CBFS）とハイパープレーンの分離に基づいた一般的な楕円体の新しい衝突回避方法を紹介します。
第一に、一般的な楕円体の衝突のない条件は、二重円錐の概念を使用して分析的に導出されます。
これらの条件は、制御されたオブジェクトのシステムダイナミクスをハイパープレーンを分離して拡張し、効率的で信頼性の高い衝突回避を可能にすることにより、CBFフレームワークに組み込まれます。
提案された衝突のないCBFの妥当性は厳密に証明されており、安全性の制約を実施する際の有効性を確保しています。
提案された方法では、単一レベルの最適化のみが必要であり、最先端の方法と比較して計算時間を大幅に削減します。
数値シミュレーションと実際の実験は、提案されたアルゴリズムの有効性と実用性を示しています。

要約(オリジナル)

This paper presents a novel collision avoidance method for general ellipsoids based on control barrier functions (CBFs) and separating hyperplanes. First, collision-free conditions for general ellipsoids are analytically derived using the concept of dual cones. These conditions are incorporated into the CBF framework by extending the system dynamics of controlled objects with separating hyperplanes, enabling efficient and reliable collision avoidance. The validity of the proposed collision-free CBFs is rigorously proven, ensuring their effectiveness in enforcing safety constraints. The proposed method requires only single-level optimization, significantly reducing computational time compared to state-of-the-art methods. Numerical simulations and real-world experiments demonstrate the effectiveness and practicality of the proposed algorithm.

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