Safety-Critical Coordination for Cooperative Legged Locomotion via Control Barrier Functions

要約

この論文では、固定 (ホロノミック) 制約の存在下で移動する協調ロボットの協調制御に対する安全性が重要なアプローチを提示します。
この目的のために、コントロール バリア機能 (CBF) を活用して、ロボットの安全な協調を確保しながら、望ましいフォーメーションを維持し、障害物を回避します。
トップレベルのプランナーは、ロボット間の運動学的制約と環境の物理的制約の両方を考慮して、一連の実行可能な軌道を生成します。
このプランナーは CBF を活用して、セーフティ クリティカルな協調制御を保証します。つまり、移動中の協働ロボットの安全を保証します。
中間レベルの軌道プランナーは、相互接続された単一剛体 (SRB) ダイナミクスを組み込んで、最適な床反力 (GRF) を生成し、エージェント間の相互接続ダイナミクスに対処しながら、最上位プランナーからの安全が保証された軌道を追跡します。
分散型の低レベル コントローラーは、立脚の両端でフリクション コーンの状態を確保しながら、規定された最適な GRF に従うように全身の動きを生成します。
このアプローチの有効性は、数値シミュレーションと四足歩行ロボットのペアで実験的に実証されています。

要約(オリジナル)

This paper presents a safety-critical approach to the coordinated control of cooperative robots locomoting in the presence of fixed (holonomic) constraints. To this end, we leverage control barrier functions (CBFs) to ensure the safe cooperation of the robots while maintaining a desired formation and avoiding obstacles. The top-level planner generates a set of feasible trajectories, accounting for both kinematic constraints between the robots and physical constraints of the environment. This planner leverages CBFs to ensure safety-critical coordination control, i.e., guarantee safety of the collaborative robots during locomotion. The middle-level trajectory planner incorporates interconnected single rigid body (SRB) dynamics to generate optimal ground reaction forces (GRFs) to track the safety-ensured trajectories from the top-level planner while addressing the interconnection dynamics between agents. Distributed low-level controllers generate whole-body motion to follow the prescribed optimal GRFs while ensuring the friction cone condition at each end of the stance legs. The effectiveness of the approach is demonstrated through numerical simulations and experimentally on a pair of quadrupedal robots.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google