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安全ナビゲーションarXiv:2208.07974

NMPC-LBF:未知環境における複数ロボットの分散安全ナビゲーションのための学習バリア関数を用いた非線形MPC

NMPC-LBF: Nonlinear MPC with Learned Barrier Function for Decentralized Safe Navigation of Multiple Robots in Unknown Environments

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LiDARとオドメトリから深層ニューラルネットでバリア関数を学習し、非線形モデル予測制御に組み込むことで、未知環境で複数の車輪移動ロボットが衝突せずにナビゲーションできる分散制御手法を提案した。

著者: Amir Salimi Lafmejani, Spring Berman, Georgios Fainekos

分類: cs.RO

原文アブストラクト

In this paper, we present a decentralized control approach based on a Nonlinear Model Predictive Control (NMPC) method that employs barrier certificates for safe navigation of multiple nonholonomic wheeled mobile robots in unknown environments with static and/or dynamic obstacles. This method incorporates a Learned Barrier Function (LBF) into the NMPC design in order to guarantee safe robot navigation, i.e., prevent robot collisions with other robots and the obstacles. We refer to our proposed control approach as NMPC-LBF. Since each robot does not have a priori knowledge about the obstacles and other robots, we use a Deep Neural Network (DeepNN) running in real-time on each robot to learn the Barrier Function (BF) only from the robot's LiDAR and odometry measurements. The DeepNN is trained to learn the BF that separates safe and unsafe regions. We implemented our proposed method on simulated and actual Turtlebot3 Burger robot(s) in different scenarios. The implementation results show the effectiveness of the NMPC-LBF method at ensuring safe navigation of the robots.

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