基于局部占有栅格图的在线控制屏障函数合成与未知环境安全导航
机器人学
2025-05-20 v1
摘要
控制屏障函数（CBF）已成为确保自主系统在动态环境中安全操作的有效且非侵入式安全过滤器。然而，现有大多数CBF合成工作聚焦于完全已知的场景。基于感知数据在未知环境中实时合成CBF则面临特定挑战。具体而言，这要求在实时条件下从高维数据中高效构建CBF。本文提出了一种新方法，直接从局部占有栅格图（OGM）中合成CBF。灵感来自稳态热场，我们展示了CBF的平滑性要求对应于选取适当边界条件后的稳态热传导方程的解。通过利用拉普拉斯方程系数矩阵的稀疏性，我们的方法允许对地图中每个网格单元的安全值进行高效计算。仿真和实际实验结果表明，我们的方法有效。具体而言，结果显示，在200×200网格图上，CBF可在平均毫秒级完成合成，凸显其实时性。
引用
@article{arxiv.2505.11941,
title = {Online Synthesis of Control Barrier Functions with Local Occupancy Grid Maps for Safe Navigation in Unknown Environments},
author = {Yuepeng Zhang and Yu Chen and Yuda Li and Shaoyuan Li and Xiang Yin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.11941},
year = {2025}
}