一种保证全局路径不变性的汽车类机器人安全混合控制框架

本文提出一种针对 car-like 机器人的混合控制框架，集成障碍规避、全局收敛与安全功能，其中安全性体现为路径不变性，即机器人一旦收敛至路径，即永远不会离开该路径。给定 a priori 障碍-free 可行路径（障碍可位于路径周围），任务在于在到达路径并保持在路径上而不离开它之间规避障碍。本问题分为两个阶段解决。首先，定义路径上“紧凑”的障碍-free 区域，设计局部控制器以确保路径收敛和路径不变性。控制屏障函数技术被引入控制设计中，以将系统引导远离其奇点点——即局部路径不变控制器无法定义的点。其次，设计混合控制框架，将该局部路径不变控制器与来自现有文献中任何具有全局跟踪控制器（但无路径不变性保证）集成，确保从任意位置收敛至目标路径，即实现全局收敛。该框架保证路径不变性和对传感器噪声的鲁棒性。详细的仿真结果确认了所提方案的有效性。