Data-Driven Robust Barrier Functions for Safe, Long-Term Operation

模块化设计 稳健性(进化) 计算机科学 鲁棒控制 控制理论(社会学) 控制系统 控制工程 人工智能 工程类 控制(管理) 生物化学 化学 电气工程 基因 操作系统
作者
Yousef Emam,Paul Glotfelter,Sean Wilson,Gennaro Notomista,Magnus Egerstedt
出处
期刊:IEEE Transactions on Robotics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:38 (3): 1671-1685 被引量:18
标识
DOI:10.1109/tro.2021.3118965
摘要

Applications that require multirobot systems to operate independently for extended periods of time in unknown or unstructured environments face a broad set of challenges, such as hardware degradation, changing weather patterns, or unfamiliar terrain. To operate effectively under these changing conditions, algorithms developed for long-term autonomy applications require a stronger focus on robustness. Consequently, this work considers the ability to satisfy the operation-critical constraints of a disturbed system in a modular fashion, which means compatibility with different system objectives and disturbance representations. Toward this end, this article introduces a controller-synthesis approach to constraint satisfaction for disturbed control-affine dynamical systems by utilizing control barrier functions (CBFs). The aforementioned framework is constructed by modeling the disturbance as a union of convex hulls and leveraging previous work on CBFs for differential inclusions. This method of disturbance modeling grants compatibility with different disturbance-estimation methods. For example, this work demonstrates how a disturbance learned via a Gaussian process may be utilized in the proposed framework. These estimated disturbances are incorporated into the proposed controller-synthesis framework which is then tested on a fleet of robots in different scenarios.
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