Control barrier functions (CBFs) have been widely applied to safety-critical robotic applications. However, the construction of control barrier functions for robotic systems remains a challenging task. Recently, collision detection using differentiable optimization has provided a way to compute the minimum uniform scaling factor that results in an intersection between two convex shapes and to also compute the Jacobian of the scaling factor. In this paper, we propose a framework that uses this scaling factor, with an offset, to systematically define a CBF for obstacle avoidance tasks. We provide a theoretical analysis that proves the continuity of the proposed CBF. Empirically, we show that the proposed CBF is continuously differentiable, and the resulting optimal control problem is computationally efficient, which makes it applicable for real-time robotic control. We validate our approach, first using a 2D mobile robot example, then on the Franka-Emika Research~3 (FR3) robot manipulator both in simulation and experiment.


翻译:控制障碍函数已广泛应用于安全关键的机器人应用。然而,为机器人系统构建控制障碍函数仍是一项具有挑战性的任务。近年来,利用可微优化的碰撞检测提供了一种计算两个凸形状间相交所需的最小均匀缩放因子的方法,并可同时计算该缩放因子的雅可比矩阵。本文提出了一种框架,利用带偏移量的缩放因子系统地定义用于避障任务的控制障碍函数。我们提供了理论分析,证明了所提控制障碍函数的连续性。实验表明,该控制障碍函数是连续可微的,且由此产生的最优控制问题计算效率高,适用于实时机器人控制。我们首先通过二维移动机器人示例验证了该方法,随后在Franka-Emika Research~3 (FR3)机器人机械臂上进行了仿真与实验验证。

0
下载
关闭预览

相关内容

【NeurIPS 2021】设置多智能体策略梯度的方差
专知会员服务
21+阅读 · 2021年10月24日
专知会员服务
45+阅读 · 2020年12月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月1日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月31日
VIP会员
最新内容
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
2+阅读 · 今天11:43
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
5+阅读 · 今天6:18
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
6+阅读 · 今天5:54
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
7+阅读 · 今天3:42
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
7+阅读 · 6月24日
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
9+阅读 · 6月24日
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
7+阅读 · 6月24日
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
9+阅读 · 6月24日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员