CBF誘導MPCによるロボットの柔軟な能動安全運動制御
Flexible Active Safety Motion Control for Robotic Obstacle Avoidance: A CBF-Guided MPC Approach
制御バリア関数の減衰率を最適化変数として組み込んだMPCにより、マニピュレータが動的障害物を回避しつつ参照軌道を追従する手法を提案し、UR5で検証した。
著者: Jinhao Liu, Jun Yang, Jianliang Mao, Tianqi Zhu, Qihang Xie, Yimeng Li, Xiangyu Wang, Shihua Li
分類: cs.RO, cs.SY, eess.SY
原文アブストラクト
A flexible active safety motion (FASM) control approach is proposed for the avoidance of dynamic obstacles and the reference tracking in robot manipulators. The distinctive feature of the proposed method lies in its utilization of control barrier functions (CBF) to design flexible CBF-guided safety criteria (CBFSC) with dynamically optimized decay rates, thereby offering flexibility and active safety for robot manipulators in dynamic environments. First, discrete-time CBFs are employed to formulate the novel flexible CBFSC with dynamic decay rates for robot manipulators. Following that, the model predictive control (MPC) philosophy is applied, integrating flexible CBFSC as safety constraints into the receding-horizon optimization problem. Significantly, the decay rates of the designed CBFSC are incorporated as decision variables in the optimization problem, facilitating the dynamic enhancement of flexibility during the obstacle avoidance process. In particular, a novel cost function that integrates a penalty term is designed to dynamically adjust the safety margins of the CBFSC. Finally, experiments are conducted in various scenarios using a Universal Robots 5 (UR5) manipulator to validate the effectiveness of the proposed approach.
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