基于3D凸形状的安全多机械臂交互
机器人学
2025-12-01 v3 系统与控制
系统与控制
摘要
当多个机械臂在近距离操作时，机器人间的碰撞构成了重大的安全风险。我们提出了一种在线碰撞避免方法，利用为3D凸形状之间的安全交互而构建的高阶控制屏障函数（HOCBFs）来解决这个问题。先前的工作侧重于使用控制屏障函数（CBFs）进行人机臂和单臂碰撞避免，而我们则探讨了在共享空间中操作的多机械臂之间的碰撞避免问题。在我们的方法中，我们利用所提出的HOCBFs作为集中式和分散式安全滤波器。这些安全滤波器与许多标称控制器兼容，并在不显著限制机器人工作空间的情况下确保安全。实现这些滤波器的一个关键挑战是由大量安全约束和每个约束的Hessian矩阵计算引起的计算开销。我们通过采用数值微分方法来近似计算密集型项来解决这一挑战。我们通过广泛的仿真研究和使用Franka Research 3机械臂的真实世界实验证明了我们方法的有效性。项目视频可在此链接获取。
引用
@article{arxiv.2503.11791,
title = {Safe Multi-Robotic Arm Interaction via 3D Convex Shapes},
author = {Ali Umut Kaypak and Shiqing Wei and Prashanth Krishnamurthy and Farshad Khorrami},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.11791},
year = {2025}
}
备注
The formal publication is available at DOI: https://doi.org/10.1016/j.robot.2025.105263