基于高阶控制屏障与Lyapunov函数的软体机器人接触感知安全

在与人群密切合作的机器人，尤其是在帮助老年人日常任务或与制造业工人协作的敏感场景中，必须保证安全并培养用户信任。连续软体操作机械手通过材料顺应性实现安全保证，但随着设计演进以提高精度、有效载荷能力和速度，并日益集成刚性组件，其伤害风险重新出现。本文提出一种综合性的高阶控制屏障函数（HOCBF）+高阶控制Lyapunov函数（HOCLF）框架，确保在环境相互作用期间整个软体机器人身体的接触力限制。我们的methods结合可微分的分段Cosserat段（PCS）动力学模型与基于软体机器人几何的凸多边形距离近似度量，称为可微分保守分离轴定理（DCSAT），以实现实时、整体碰撞检测、解决和执行安全约束。通过将HOCBF嵌入我们的优化程序，我们保证安全，例如在HOCLF驱动的运动目标下实现操作空间的安全导航。广泛的平面仿真表明，我们的方法在保持安全边界接触的同时，实现了精确的形状和任务空间调节。本工作为在可证明安全性和性能的前提下将软体机器人部署到以人为中心的环境奠定了基础。