碰撞锥控制障碍函数：基于 UGV 的运动学障碍物避碰实验验证
机器人学
2023-10-18 v1 系统与控制
系统与控制
最优化与控制
摘要
自主能力的进步使机器人得以进入多样环境并与人类密切交互，亟需具备形式化安全保证的控制器。本文介绍一个实验平台，用于验证与演示一类新颖的控制障碍函数（CBFs），该函数专为无人地面车辆（UGVs）设计，通过融合碰撞锥概念主动避免与运动学障碍物碰撞。现有 CBF 公式在静态障碍物下表现出色，但向力矩/加速度控制的独轮车与自行车模型扩展成效有限。非完整 UGV 模型中常规 CBF 应用表现出控制保守性，尤其在转向/推力控制被认为不可行的场景中。受路径规划中碰撞锥启发，我们提出一种开创性 CBF 公式，为独轮车与自行车模型均提供理论安全保证。其核心前提在于使障碍物速度偏离车辆，建立永久规避指向车辆向量的约束。该控制方法通过仿真及在 Copernicus 移动机器人（独轮车模型）与 FOCAS-Car（自行车模型）上的实验验证得到严格检验。
引用
@article{arxiv.2310.10839,
title = {Collision Cone Control Barrier Functions: Experimental Validation on UGVs for Kinematic Obstacle Avoidance},
author = {Bhavya Giri Goswami and Manan Tayal and Karthik Rajgopal and Pushpak Jagtap and Shishir Kolathaya},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.10839},
year = {2023}
}
备注
8 pages, 11 figures, Submitted at American Control Conference (ACC), 2024. arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:2209.11524