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A Novel Safety-Aware Energy Tank Formulation Based on Control Barrier Functions

Michel, Youssef und Saveriano, Matteo und Lee, Dongheui (2024) A Novel Safety-Aware Energy Tank Formulation Based on Control Barrier Functions. IEEE Robotics and Automation Letters, 9 (6), Seiten 5206-5213. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/LRA.2024.3389556. ISSN 2377-3766.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
975kB

Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10502025

Kurzfassung

In this work, we propose a novel formulation for energy tanks based on Control Barrier Functions (CBF). Our approach is able to handle simultaneously energy constraints to ensure passivity, as well as enforce power limits in the system to enhance safety. Furthermore, our approach overcomes the discrete switching nature of classical energy tanks, ensuring smooth control commands. To achieve our desiderata, we formulate our tank as a second order dynamical system, where we exploit CBF and Higher-Order CBF to obtain theoretical guarantees on fulfilling the energy and power constraints in the system. Furthermore, we derive conditions related to our tank design in order to ensure the passivity of the controlled robot. Our proposed approach is tested in a series of robot experiments where we validate our approach on tasks such variable stiffness and force control, and in a scenario where it is desired to constrain the kinetic energy in the system.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/208540/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A Novel Safety-Aware Energy Tank Formulation Based on Control Barrier Functions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Michel, YoussefTUMNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Saveriano, Matteomatteo.saveriano (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9784-3973NICHT SPEZIFIZIERT
Lee, DongheuiDongheui.Lee (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1897-7664NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:16 April 2024
Erschienen in:IEEE Robotics and Automation Letters
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:9
DOI:10.1109/LRA.2024.3389556
Seitenbereich:Seiten 5206-5213
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:2377-3766
Status:veröffentlicht
Stichwörter:energy tank formulation; passivity;
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Interagierende Robotersteuerung [RO]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Hinterlegt von: Strobl, Dr.-Ing. Klaus H.
Hinterlegt am:14 Nov 2024 11:42
Letzte Änderung:14 Nov 2024 11:42

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