Rollover Prevention for Mobile Robots with Control Barrier Functions: Differentiator-Based Adaptation and Projection-to-State Safety

要約

この論文は、コントロール バリア ファンクション (CBF) 理論を使用して移動ロボットの横転防止保証を開発し、これらの正式な結果を実験的に実証します。
この目的のために、CBF のレンズを介した制御入力に条件を与えるゼロモーメント点に基づいた安全対策を検討します。
ただし、これらの条件は時間変化するノイズの多いパラメーターに依存します。
これに対処するために、これらのパラメータを推定し、Input-to-State Stable (ISS) 微分器ダイナミクスと CBF を組み合わせて安全性の厳格な保証を達成する、微分器ベースのセーフティ クリティカル コントローラーを紹介します。
さらに、外乱が存在する場合の安全性を確保するために、Projection-to-State Safety (PSSf) の時間変動拡張機能を利用します。
提案手法の有効性は、急斜面で横転する可能性がある無限軌道ロボットの実験を通じて実証されています。

要約(オリジナル)

This paper develops rollover prevention guarantees for mobile robots using control barrier function (CBF) theory, and demonstrates these formal results experimentally. To this end, we consider a safety measure based on the zero moment point to provide conditions on the control input through the lens of CBFs. However, these conditions depend on time-varying and noisy parameters. To address this, we present a differentiator-based safety-critical controller that estimates these parameters and pairs Input-to-State Stable (ISS) differentiator dynamics with CBFs to achieve rigorous guarantees of safety. Additionally, to ensure safety in the presence of disturbance, we utilize a time-varying extension of Projection-to-State Safety (PSSf). The effectiveness of the proposed method is demonstrated through experiments on a tracked robot with a rollover potential on steep slopes.

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