Safe and smooth robot motion around obstacles is an essential skill for autonomous robots, especially when operating around people and other robots. Conventionally, due to real-time operation requirements and onboard computation limitations, many robot motion planning and control methods follow a two-step approach: first construct a (e.g., piecewise linear) collision-free reference path for a simplified robot model, and then execute the reference plan via path-following control for a more accurate and complex robot model. A challenge of such a decoupled robot motion planning and control method for highly dynamic robotic systems is ensuring the safety of path-following control as well as the successful completion of the reference plan. In this paper, we introduce a novel dynamical systems approach for online closed-loop time parametrization, called $\textit{a time governor}$, of a reference path for provably correct and safe path-following control based on feedback motion prediction, where the safety of robot motion under path-following control is continuously monitored using predicted robot motion. After introducing the general framework of time governors for safe path following, we present an example application for the fully actuated high-order robot dynamics using proportional-and-higher-order-derivative (PhD) path-following control whose feedback motion prediction is performed by Lyapunov ellipsoids and Vandemonde simplexes. In numerical simulations, we investigate the role of reference position and velocity feedback, and motion prediction on path-following performance and robot motion.


翻译:围绕障碍的安全和平稳的机器人运动是自主机器人的基本技能,特别是在人和其他机器人周围操作时。 常规上,由于实时操作要求和机载计算限制,许多机器人运动规划和控制方法遵循了两步方法:首先为简化的机器人模型建造一个(如Papwi线性线性)不碰撞的参考路径,然后通过路径追踪控制执行参考计划,以获得更准确和复杂的机器人模型。 高度动态机器人系统这种分解的机器人运动规划和控制方法的挑战是如何确保遵循路径控制以及成功完成参考计划的安全。 在本文中,我们引入了一种新的动态系统方法,用于在线闭路时间抛光化,称为$\textit{a time 管理员$, 一种基于反馈运动预测的可靠正确和安全路径控制参考路径。 使用预测的机器人运动控制下机器人运动的安全性能持续监测。 在引入了遵循路径的路径控制总的时间控制框架之后,我们展示了一个用于完全操作性快速移动的机器人动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作- 动作-

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