This paper introduces differentiable higher-order control barrier functions (CBF) that are end-to-end trainable together with learning systems. CBFs are usually overly conservative, while guaranteeing safety. Here, we address their conservativeness by softening their definitions using environmental dependencies without loosing safety guarantees, and embed them into differentiable quadratic programs. These novel safety layers, termed a BarrierNet, can be used in conjunction with any neural network-based controller, and can be trained by gradient descent. BarrierNet allows the safety constraints of a neural controller be adaptable to changing environments. We evaluate them on a series of control problems such as traffic merging and robot navigations in 2D and 3D space, and demonstrate their effectiveness compared to state-of-the-art approaches.


翻译:本文引入了与学习系统一起可端到端训练的不同高端控制屏障功能(CBF ) 。 CBF通常过于保守,同时保障安全。在这里,我们通过在不失去安全保障的情况下使用环境依赖性来软化其定义,并将其嵌入不同的二次方程式,从而解决其保守性。这些被称为“屏障网”的新颖的安全层可以与任何神经网络控制器一起使用,并且可以接受梯度下降的培训。 屏障网允许神经控制器的安全限制适应不断变化的环境。 我们评估了一系列控制问题,如2D和3D空间的交通合并和机器人导航,并展示了它们与最先进的方法相比的有效性。

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