Safe Navigation in Dynamic Environments using Density Functions

要約

この作業は、時変障害セットと時変度のターゲット領域を特徴とする動的環境での安全なナビゲーションのための密度ベースのフレームワークを提示します。
結果の密度フィールドの正の勾配として定義されたフィードバックコントローラーの合成を可能にする時変密度関数の分析構造を提案します。
この論文の主な貢献は、特に単一統合器のダイナミクスによって支配されたシステム向けに、提案されたフレームワークの下でほぼすべての安全なナビゲーションを示す厳格な収束証明です。
私たちの知る限り、これらは密度関数を使用した動的環境でのナビゲーションのための彼らの種類の最初の分析保証です。
バックステップや逆ダイナミクスなどの標準的な制御設計手法を使用して、マルチエージェントシステムやロボットマニピュレーターなど、より複雑なダイナミクスを備えたシステムへのフレームワークの適用性を説明します。
これらの結果は、密度ベースのナビゲーション方法を、時代型環境で動作する幅広いクラスのロボットシステムに拡張するための基盤を提供します。

要約(オリジナル)

This work presents a density-based framework for safe navigation in dynamic environments characterized by time-varying obstacle sets and time-varying target regions. We propose an analytical construction of time-varying density functions that enables the synthesis of a feedback controller defined as the positive gradient of the resulting density field. The primary contribution of this paper is a rigorous convergence proof demonstrating almost-everywhere safe navigation under the proposed framework, specifically for systems governed by single-integrator dynamics. To the best of our knowledge, these are the first analytical guarantees of their kind for navigation in dynamic environments using density functions. We illustrate the applicability of the framework to systems with more complex dynamics, including multi-agent systems and robotic manipulators, using standard control design techniques such as backstepping and inverse dynamics. These results provide a foundation for extending density-based navigation methods to a broad class of robotic systems operating in time-varying environments.

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