Geometry-Aware Safety-Critical Local Reactive Controller for Robot Navigation in Unknown and Cluttered Environments

要約

この研究では、未知の雑然とした環境でロボットが移動できるようにする、安全性が重要なローカル リアクティブ コントローラーを提案します。
特に、軌道追跡タスクは、制約付き多項式最適化問題として定式化されます。
次に、二乗和 (SOS) 近似と組み合わせて多項式の肯定的証明書の概念を呼び出す制御変数に安全制約が課され、それによってロボットの動作が局所的に抽出された凸自由領域内に制限されます。
提案された安全制約を考案する過程で、一連の多項式関数で特徴付けられる任意の形状を使用してロボットの幾何学形状を近似できることは注目に値します。
最適化問題は、トランケートされたマルチシーケンス (tms) とモーメント緩和を活用した半定値プログラム (SDP) にさらに凸化されており、これにより、リアルタイムのパフォーマンスが達成できるように、既製の円錐計画法ソルバーの効果的な使用が有利に促進されます。
安全性と追跡パフォーマンスの観点から提案されたアプローチの有効性を実証するために、さまざまなロボット ナビゲーション タスクが調査されます。

要約(オリジナル)

This work proposes a safety-critical local reactive controller that enables the robot to navigate in unknown and cluttered environments. In particular, the trajectory tracking task is formulated as a constrained polynomial optimization problem. Then, safety constraints are imposed on the control variables invoking the notion of polynomial positivity certificates in conjunction with their Sum-of-Squares (SOS) approximation, thereby confining the robot motion inside the locally extracted convex free region. It is noteworthy that, in the process of devising the proposed safety constraints, the geometry of the robot can be approximated using any shape that can be characterized with a set of polynomial functions. The optimization problem is further convexified into a semidefinite program (SDP) leveraging truncated multi-sequences (tms) and moment relaxation, which favorably facilitates the effective use of off-the-shelf conic programming solvers, such that real-time performance is attainable. Various robot navigation tasks are investigated to demonstrate the effectiveness of the proposed approach in terms of safety and tracking performance.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google