用于安全路径跟踪控制的时间调节器

自主机器人在障碍物周围安全平滑地运动是一项基本技能，尤其在有人和其他机器人活动的环境中。通常，由于实时运行要求和机载计算限制，许多机器人运动规划与控制方法采用两步法：首先为简化机器人模型构建（例如分段线性的）无碰撞参考路径，然后通过路径跟踪控制以更精确和复杂的机器人模型执行该参考计划。对于高动态机器人系统，这种解耦的运动规划与控制方法面临的挑战是确保路径跟踪控制的安全性以及参考计划的成功完成。本文提出一种新颖的动态系统方法，用于基于反馈运动预测的参考路径在线闭环时间参数化，称为时间调节器（a time governor），以实现可证明正确且安全的路径跟踪控制，其中路径跟踪控制下机器人运动的安全性通过预测机器人运动持续监测。在介绍用于安全路径跟踪的时间调节器总体框架后，我们给出了一个针对全驱动高阶机器人动力学的示例应用，使用比例及高阶导数（PhD）路径跟踪控制，其反馈运动预测由 Lyapunov 椭球和 Vandermonde 单纯形完成。在数值仿真中，我们研究了参考位置与速度反馈以及运动预测对路径跟踪性能和机器人运动的作用。