Control Barrier Functions (CBF) are widely used to enforce the safety-critical constraints on nonlinear systems. Recently, these functions are being incorporated into a path planning framework to design safety-critical path planners. However, these methods fall short of providing a realistic path considering both the algorithm's run-time complexity and enforcement of the safety-critical constraints. This paper proposes a novel motion planning approach using the well-known Rapidly Exploring Random Trees (RRT) algorithm that enforces both CBF and the robot Kinodynamic constraints to generate a safety-critical path. The proposed algorithm also outputs the corresponding control signals that resulted in the obstacle-free path. The approach also allows considering model uncertainties by incorporating the robust CBF constraints into the proposed framework. Thus, the resulting path is free of any obstacles and accounts for the model uncertainty from robot dynamics and perception. Result analysis indicates that the proposed method outperforms various conventional RRT-based path planners, guaranteeing a safety-critical path with minimal computational overhead. We present numerical validation of the algorithm on the Hamster V7 robot car, a micro autonomous Unmanned Ground Vehicle that performs dynamic navigation on an obstacle-ridden path with various uncertainties in perception noises and robot dynamics.


翻译:控制障碍功能(CBF)被广泛用于执行非线性系统的安全临界限制。最近,这些功能正在被纳入设计安全关键路径规划师的路径规划框架;然而,考虑到算法的运行时间复杂性和安全关键限制的强制执行,这些方法还不足以提供现实的路径。本文件建议采用新颖的运动规划方法,使用众所周知的快速探索随机树(RRT)算法,既执行CBF和机器人Kino动力学算法,又产生安全关键路径。提议的算法还输出导致无障碍路径的相应控制信号。该算法还允许考虑模型不确定性,将稳健的 CBF限制纳入拟议框架。因此,由此产生的路径没有障碍,也没有说明模型不确定性来自机器人动态和感觉的任何原因。结果分析表明,拟议的方法超越了以快速探索随机图为基础的各种常规路径规划方法,保证了安全关键路径,且计算间接费用最小。我们在Hamster V7号机器人车上对算法进行了数字验证,这是一种微型自主的无人驾驶飞行器,在障碍性机器人动态上进行动态导航,且有各种不确定的噪音。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
77+阅读 · 2020年7月26日
【Manning新书】现代Java实战,592页pdf
专知会员服务
99+阅读 · 2020年5月22日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
58+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
19篇ICML2019论文摘录选读!
专知
28+阅读 · 2019年4月28日
CCF A类 | 顶级会议RTSS 2019诚邀稿件
Call4Papers
10+阅读 · 2019年4月17日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
IEEE2018|An Accurate and Real-time 3D Tracking System for Robots
机器人开发库软件大列表
专知
10+阅读 · 2018年3月18日
分布式TensorFlow入门指南
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年11月28日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
【今日新增】IEEE Trans.专刊截稿信息8条
Call4Papers
7+阅读 · 2017年6月29日
Arxiv
5+阅读 · 2021年2月8日
VIP会员
相关VIP内容
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
77+阅读 · 2020年7月26日
【Manning新书】现代Java实战,592页pdf
专知会员服务
99+阅读 · 2020年5月22日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
58+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
相关资讯
19篇ICML2019论文摘录选读!
专知
28+阅读 · 2019年4月28日
CCF A类 | 顶级会议RTSS 2019诚邀稿件
Call4Papers
10+阅读 · 2019年4月17日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
IEEE2018|An Accurate and Real-time 3D Tracking System for Robots
机器人开发库软件大列表
专知
10+阅读 · 2018年3月18日
分布式TensorFlow入门指南
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年11月28日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
【今日新增】IEEE Trans.专刊截稿信息8条
Call4Papers
7+阅读 · 2017年6月29日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员