Guaranteeing safe behavior on complex autonomous systems -- from cars to walking robots -- is challenging due to the inherently high dimensional nature of these systems and the corresponding complex models that may be difficult to determine in practice. With this as motivation, this paper presents a safety-critical control framework that leverages reduced order models to ensure safety on the full order dynamics -- even when these models are subject to disturbances and bounded inputs (e.g., actuation limits). To handle input constraints, the backup set method is reformulated in the context of reduced order models, and conditions for the provably safe behavior of the full order system are derived. Then, the input-to-state safe backup set method is introduced to provide robustness against discrepancies between the reduced order model and the actual system. Finally, the proposed framework is demonstrated in high-fidelity simulation, where a quadrupedal robot is safely navigated around an obstacle with legged locomotion by the help of the unicycle model.


翻译:保障从汽车到行走机器人等复杂自主系统的安全行为具有挑战性,因为这些系统本身具有高度的维度,而且可能在实践中难以确定相应的复杂模型。以此为动力,本文件提出了一个安全临界控制框架,利用减少订单模型来确保全顺序动态的安全 -- -- 即使这些模型受到干扰和捆绑输入(例如,激活限制),在处理输入限制时,在减少订单模型的背景下重新制定备份成套方法,并产生全订单系统可确保安全的行为条件。随后,引入了输入到州的安全备份成套方法,以提供稳健性,防止降低订单模型和实际系统之间的差异。最后,拟议框架在高不共性模拟中展示,在这种模拟中,四重机器人在单周期模型的帮助下安全地绕着一条障碍行走,用脚动的移动器进行操纵。</s>

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