移動マニピュレータの衝突回避のための安全で迅速な全身制御
Safe Expeditious Whole-Body Control of Mobile Manipulators for Collision Avoidance
移動マニピュレータの動的障害物回避のため、適応的循環不等式(ACI)をCBF-QPに組み込み、自己衝突回避も統合した全身制御手法を提案し、実験で有効性を示した。
著者: Bingjie Chen, Yancong Wei, Rihao Liu, Chenxi Han, Houde Liu, Chongkun Xia, Liang Han, Bin Liang
分類: cs.RO
原文アブストラクト
Whole-body reactive obstacle avoidance for mobile manipulators (MM) remains an open research problem. Control Barrier Functions (CBF), combined with Quadratic Programming (QP), have become a popular approach for reactive control with safety guarantees. However, traditional CBF methods often face issues such as pseudo-equilibrium problems (PEP) and are ineffective in handling dynamic obstacles. To overcome these challenges, we introduce the Adaptive Cyclic Inequality (ACI) method. ACI takes into account both the obstacle's velocity and the robot's nominal control to define a directional safety constraint. When added to the CBF-QP, ACI helps avoid PEP and enables reliable collision avoidance in dynamic environments. We validate our approach on a MM that includes a low-dimensional mobile base and a high-dimensional manipulator, demonstrating the generality of the framework. In addition, we integrate a simple yet effective method for avoiding self-collisions, allowing the robot enabling comprehensive whole-body collision-free operation. Extensive benchmark comparisons and experiments demonstrate that our method performs well in unknown and dynamic scenarios, including difficult tasks like avoiding sticks swung by humans and rapidly thrown objects.
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