无极点、无碰撞：调制与控制屏障函数策略的动态碰撞规避
机器人学
2026-01-06 v3 系统与控制
系统与控制
摘要
控制屏障函数二次规划(CBF-QP)因其适用于一般控制仿射系统并能通过优化实现约束的能力，成为实时安全关键控制的核心工具。然而，它们常生成具有不良局部极小值的轨迹，阻止目标收敛。另一方面，调制动力学系统(Mod-DS)方法(包括普通、参考和在流形变体)通过几何方式重塑名义向量场，实现障碍规避且局部极小点少�至没有。然而，Mod-DS没有明确的机制处理输入约束，且主要局限于完全作动系统。本文重新审视两种方法的理论基础，证明尽管其看似不同的构建方式，普通Mod-DS是CBF-QP的特例，参考Mod-DS通过单个共享方程与CBF-QP关联。这些联系激发了我们的Modulated CBF-QP(MCBF-QP)框架，引入参考和在流形调制变体，以减少或完全消除CBF-QPs固有的虚假平衡点，适用于动态、拥挤环境中的一般控制仿射系统。我们在模拟医院环境中验证了所提出的控制器，并在实际实验中应用于完全作动的Ridgeback机器人和不完全作动的Fetch平台。通过所有评估，Modulated CBF-QPs在每个性能指标上都显著优于标准CBF-QPs。
引用
@article{arxiv.2502.14238,
title = {No Minima, No Collisions: Combining Modulation and Control Barrier Function Strategies for Feasible Dynamic Collision Avoidance},
author = {Yifan Xue and Nadia Figueroa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.14238},
year = {2026}
}