基于可微优化高阶控制障碍函数的凸体碰撞避免
系统与控制
2025-08-21 v4 系统与控制
摘要
确保动态系统的安全性至关重要，其中碰撞避免是主要关注点。近年来，控制障碍函数（CBF）作为一种通过优化技术将安全约束集成到控制综合中的有效方法而涌现。然而，在处理凸体和需要力矩控制的任务时，以及出现非预期平衡点时，仍然存在挑战。本研究通过引入一种用于凸体间碰撞避免的高阶 CBF（HOCBF）框架来解决这些挑战。我们通过可微优化将非凸安全约束转化为线性约束，并证明了其高阶连续可微性。然后，我们采用 HOCBF 来适应力矩控制，使涉及力或高动态的任务成为可能。此外，我们分析了高阶情形下的伪平衡点问题，并提出了一种循环机制以防止在安全集边界上出现非预期平衡点。最后，我们在 Franka Research 3 机械臂上通过三个实验验证了我们的框架，展示了成功的碰撞避免及循环机制的有效性。
引用
@article{arxiv.2410.19159,
title = {Collision Avoidance for Convex Primitives via Differentiable Optimization Based High-Order Control Barrier Functions},
author = {Shiqing Wei and Rooholla Khorrambakht and Prashanth Krishnamurthy and Vinicius Mariano Gonçalves and Farshad Khorrami},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.19159},
year = {2025}
}
备注
Accepted to IEEE Transactions on Control Systems Technology