EAST: 計画と制御の協調設計による環境認識型安全追従
EAST: Environment Aware Safe Tracking using Planning and Control Co-Design
未知環境で動く障害物を避けながら移動計画を安全に追従するため、経路計画の障害物クリアランスコストと制御バリア関数を組み合わせた手法を提案し、実機で検証した。
著者: Zhichao Li, Yinzhuang Yi, Zhuolin Niu, Nikolay Atanasov
分類: cs.RO, cs.SY, eess.SY
原文アブストラクト
This paper considers the problem of autonomous mobile robot navigation in unknown environments with moving obstacles. We propose a new method to achieve environment-aware safe tracking (EAST) of robot motion plans that integrates an obstacle clearance cost for path planning, a convex reachable set for robot motion prediction, and safety constraints for dynamic obstacle avoidance. EAST adapts the motion of the robot according to the locally sensed environment geometry and dynamics, leading to fast motion in wide open areas and cautious behavior in narrow passages or near moving obstacles. Our control design uses a reference governor, a virtual dynamical system that guides the robot's motion and decouples the path tracking and safety objectives. While reference governor methods have been used for safe tracking control in static environments, our key contribution is an extension to dynamic environments using convex optimization with control barrier function (CBF) constraints. Thus, our work establishes a connection between reference governor techniques and CBF techniques for safe control in dynamic environments. We validate our approach in simulated and real-world environments, featuring complex obstacle configurations and natural dynamic obstacle motion.
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