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セーフティ クリティカルなアプローチを紹介します。
この目的を達成するために、コントロール バリア機能 (CBF) を活用して、望ましいフォーメーションを維持し、障害物を回避しながら、ロボットの安全な協力を確保します。
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、実行可能な軌道のセットを生成します。
このプランナーは CBF を活用して、安全性が重要な調整制御を確保します。つまり、移動中の協働ロボットの安全性を保証します。
中レベルの軌道プランナーには、相互接続された単一剛体 (SRB) ダイナミクスが組み込まれており、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、トップレベルのプランナーからの安全性が確保された軌道を追跡するための最適な地面反力 (GRF) を生成します。
分散された低レベルのコントローラーは、スタンス脚の両端のフリクション コーンの状態を確保しながら、所定の最適な GRF に従う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および一対の四足ロボットでの実験を通じて実証されています。

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.

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