提高生产线的灵活性的需求是呼吁机器人与人类工人合作。但是，现有的交互式工业机器人仅保证内在安全性（减少碰撞影响），但不能保证交互式安全性（避免碰撞），这极大地限制了其灵活性。该问题源于工业机器人现有控制软件的两个限制：1）缺乏对实时轨迹修改的支持； 2）缺乏在机器人动态限制下避免碰撞的智能安全控制算法。为了解决第一个问题，以前开发了一个混蛋的位置控制器（JPC）。本文解决了JPC之上的第二个限制。具体来说，我们引入了基于混蛋的安全集算法（JSSA），以确保在考虑机器人动力学约束时避免碰撞。 JSSA极大地扩展了原始安全集算法的范围，该算法仅应用于具有无限加速度的二阶系统。 JSSA在FANUC LR MATE 200ID/7L机器人上实现，并通过HRI任务进行了验证。实验表明，JSSA可以在执行指定任务的同时将机器人始终如一地保持与人的安全距离。

人类机器人相互作用（HRI）是提高现代生产线灵活性的重要组成部分。但是，在实际应用程序中，任务（\ ie机器人需要操作的条件，例如环境照明条件，与人类的受试者进行互动以及硬件平台）可能会有所不同，并且在最佳方面仍然具有挑战性并有效地配置和调整这些不断变化的任务下的机器人系统。为了应对挑战，本文提出了一个任务不足的适应性控制器，可以1）适应不同的照明条件，2）适应个人行为并确保与不同的人互动时的安全性，3）3）启用具有不同机器人平台的轻松传输控制接口。使用FANUC LR MATE 200ID/7L机器人和Kinova Gen3机器人对人类机器人切换任务进行了测试。实验表明，所提出的任务无形控制器可以在不同任务上实现一致的性能。

这项工作将控制屏障功能（CBF）与全身控制器结合在一起，以使MIT类人动物自我避免。现有的反应性控制器进行自我避免，不能保证无碰撞的轨迹，因为它们不利用机器人的完整动态，从而损害了运动学的可行性。相比之下，拟议的CBF-WBC控制器可以实时理解机器人的动力学不足，以确保无碰撞运动。该方法的有效性在模拟中得到了验证。首先，一个简单的手段实验表明，CBF-WBC使机器人的手能够偏离不可行的参考轨迹，以避免自我收集。其次，CBF-WBC与设计用于动态运动的线性模型预测控制器（LMPC）结合使用，并使用CBF-WBC来跟踪LMPC预测。质心动量任务还用于产生有助于人形运动和干扰恢复的手臂运动。步行实验表明，CBF允许质心动量任务产生可行的手臂运动，并在高级规划师提供的脚步位置或摇摆轨迹时避免腿部自我收获，对于真正的机器人来说是不可行的。

本研究提出了一种具有动态障碍物和不均匀地形的部分可观察环境中的BipeDal运动的安全任务和运动计划（夯实）的分层综合框架。高级任务规划师采用线性时间逻辑（LTL），用于机器人及其环境之间的反应游戏合成，并为导航安全和任务完成提供正式保证。为了解决环境部分可观察性，在高级导航计划者采用信仰抽象，以估计动态障碍的位置。因此，合成的动作规划器向中级运动规划器发送一组运动动作，同时基于运动过程的阶数模型（ROM）结合从安全定理提取的安全机置规范。运动计划程序采用ROM设计安全标准和采样算法，以生成准确跟踪高级动作的非周期性运动计划。为了解决外部扰动，本研究还调查了关键帧运动状态的安全顺序组成，通过可达性分析实现了对外部扰动的强大转变。最终插值一组基于ROM的超参数，以设计由轨迹优化生成的全身运动机器，并验证基于ROM的可行部署，以敏捷机器人设计的20多个自由的Cassie机器人。

身体机器人的合作需要严格的安全保证，因为机器人和人类在共享工作区中工作。这封信提出了一个新颖的控制框架，以处理针对人类机器人互动的基于安全至关重要的位置的约束。所提出的方法基于入学控制，指数控制屏障功能（ECBF）和二次计划（QP），以在人与机器人之间的力相互作用期间达到合规性，同时保证安全约束。特别是，入学控制的配方被重写为二阶非线性控制系统，并且人与机器人之间的相互作用力被视为控制输入。通过使用欧洲央行-QP框架作为外部人类力量的补偿器，实时提供了用于入学控制的虚拟力反馈。因此，安全轨迹是从建议的低级控制器进行跟踪的建议的自适应入学控制方案中得出的。拟议方法的创新是，拟议的控制器将使机器人能够自然流动性遵守人类力量，而无需违反任何安全限制，即使在人类外部力量偶然迫使机器人违反约束的情况下。在对两链平面机器人操纵器的仿真研究中，我们的方法的有效性得到了证明。

控制系统通常需要满足严格的安全要求。安全指数提供了一种方便的方法来评估系统的安全水平并得出所得的安全控制策略。但是，在控制范围内设计安全指数功能是困难的，需要大量的专家知识。本文提出了一个框架，用于使用方案总和编程合成通用控制系统的安全指数。我们的方法是表明，确保对安全设置边界的安全控制的非空缺等同于当地的多种积极问题。然后，我们证明了这个问题等同于通过代数几何形状的Pitivstellensatz进行编程。我们验证具有不同自由度和地面车辆的机器人臂上的拟议方法。结果表明，合成的安全指数可确保安全性，即使在高维机器人系统中，我们的方法也有效。

平衡安全性和性能是现代控制系统设计中的主要挑战之一。此外，至关重要的是，在不诱导不必要的保守性降低绩效的情况下，确保安全至关重要。在这项工作中，我们提出了一种通过控制屏障功能（CBF）来进行安全关键控制合成的建设性方法。通过通过CBF过滤手工设计的控制器，我们能够达到性能行为，同时提供严格的安全保证。面对干扰，通过投入到国家安全的概念（ISSF）同时实现了稳健的安全性和性能。我们通过与倒置的示例同时开发CBF设计方法来采用教程方法，从而使设计过程混凝土中的挑战和敏感性。为了确定拟议方法的能力，我们考虑通过CBFS以无需拖车的8级卡车的形式来考虑通过CBF的CBF进行安全至关重要的设计。通过实验，我们看到了卡车驱动系统中未建模的干扰对CBF提供的安全保证的影响。我们表征了这些干扰并使用ISSF，生产出可靠的控制器，该控制器可以在不承认性能的情况下实现安全性。我们在模拟中评估了我们的设计，并且是在实验中首次在汽车系统上评估我们的设计。

对于多面体之间的障碍物躲避开发的控制器是在狭小的空间导航一个具有挑战性的和必要的问题。传统的方法只能制定的避障问题，因为离线优化问题。为了应对这些挑战，我们提出用非光滑控制屏障功能多面体之间的避障，它可以实时与基于QP的优化问题来解决基于二元安全关键最优控制。一种双优化问题被引入到表示被施加到构造控制屏障功能多面体和用于双形式的拉格朗日函数之间的最小距离。我们验证了避开障碍物与在走廊环境受控的L形（沙发形）机器人建议的双配制剂。据我们所知，这是第一次，实时紧避障与非保守的演习是在移动沙发（钢琴）与非线性动力学问题来实现的。

在本文中，我们提出了一个框架，将避免避免和故意对机器人操纵器的物理相互作用的框架。随着人类和机器人开始在工作和家庭环境中共存，纯粹的碰撞避免不足，因为人机接触是不可避免的，在某些情况下，需要。我们的工作使操纵器能够预测，检测和采取联系。为此，我们通过速度降低和运动限制，我们允许从机器人的原始轨迹的有限偏差。然后，如果发生联系，机器人可以基于新颖的动态接触阈值算法检测它和操纵。这项工作的核心贡献是动态接触阈值处理，其允许具有车载接近传感器的机械手来跟踪附近的物体并在预期碰撞时减少接触力。我们的框架在物理人体机器人互动过程中引发自然行为。我们在使用法兰卡埃米瓦熊猫机器人手臂上评估我们的系统各种场景;统称，我们的结果表明，我们的贡献不仅能够避免并反应接触，而且还预计它。

In this work, we propose a collision-free source seeking control framework for unicycle robots traversing an unknown cluttered environment. In this framework, the obstacle avoidance is guided by the control barrier functions (CBF) embedded in quadratic programming and the source seeking control relies solely on the use of on-board sensors that measure signal strength of the source. To tackle the mixed relative degree of the CBF, we proposed three different CBF, namely the zeroing control barrier functions (ZCBF), exponential control barrier functions (ECBF), and reciprocal control barrier functions (RCBF) that can directly be integrated with our recent gradient-ascent source-seeking control law. We provide rigorous analysis of the three different methods and show the efficacy of the approaches in simulations using Matlab, as well as, using a realistic dynamic environment with moving obstacles in Gazebo/ROS.

本文介绍了一个新颖的社会偏好意识分散的安全控制框架，以解决避免多机构碰撞的责任分配问题。考虑到代理不一定会以对称方式进行合作，本文着重于具有不同合作水平的异质代理之间的半合作行为。利用社会价值取向（SVO）来量化个人自私的思想，我们提出了一个新颖的责任相关社会价值取向（R-SVO）的新颖概念，以表达成对代理之间的预期相对社会含义。这用于根据相应的责任份额来重新定义每个代理商的社会偏好或个性，以促进协调方案，例如所有代理商以不对称方式互动的半合件碰撞避免。通过通过拟议的本地成对责任权重纳入这种相对的社会影响，我们为个人代理人开发了与责任相关的控制屏障功能的安全控制框架，并通过正式可证明的安全保证可以实现多代理碰撞的避免。提供了模拟来证明在多个多代理导航任务中所提出的框架的有效性和效率，例如位置交换游戏，自动驾驶汽车公路公路坡道合并方案以及圆形交换游戏。

许多协作的人类机器人任务要求机器人保持安全并在人类周围有效地工作。由于机器人只能在其自己的人类模型方面保持安全，因此我们希望机器人能够学习人类的好模型，以便安全有效地采取行动。本文研究了使机器人能够安全地探索人类机器人系统的空间以改善机器人的人类模型的方法，从而使机器人可以访问更大的状态空间并与人类更好地工作。特别是，我们在基于能量功能的安全控制框架下引入了主动探索，研究不同的主动勘探策略的效果，并最终分析了安全主动探索对分析和神经网络人类模型的影响。

本文介绍了可怜的高阶控制屏障功能（CBF），即结束于最终的可训练以及学习系统。CBFS通常是过于保守的，同时保证安全。在这里，我们通过使用环境依赖性软化它们的定义来解决它们的保守性，而不会损失安全保证，并将其嵌入到可分辨率的二次方案中。这些新颖的安全层称为巴里斯网，可以与任何基于神经网络的控制器结合使用，并且可以通过梯度下降训练。Barriernet允许神经控制器的安全约束适应改变环境。我们在一系列控制问题上进行评估，例如2D和3D空间中的交通合并和机器人导航，并与最先进的方法相比，证明其有效性。

In this paper, we propose a unified whole-body control framework for velocity-controlled mobile collaborative robots which can distribute task motion into the arm and mobile base according to specific task requirements by adjusting weighting factors. Our framework focuses on addressing two challenging issues in whole-body coordination: 1) different dynamic characteristics of the mobile base and the arm; 2) avoidance of violating both safety and configuration constraints. In addition, our controller involves Coupling Dynamic Movement Primitives to enable the essential capabilities for collaboration and interaction applications, such as obstacle avoidance, human teaching, and compliance control. Based on these, we design an adaptive motion mode for intuitive physical human-robot interaction through adjusting the weighting factors. The proposed controller is in closed-form and thus quite computationally efficient. Several typical experiments carried out on a real mobile collaborative robot validate the effectiveness of the proposed controller.

模型不匹配在现实世界应用中占上风。因此，为具有不确定动态模型的系统设计可靠的安全控制算法很重要。主要的挑战是，不确定性导致难以实时寻找可行的安全控制。现有方法通常简化了问题，例如限制不确定性类型，忽略控制限制或放弃可行性保证。在这项工作中，我们通过为有限国家依赖性的不确定性提出一个强大的安全控制框架来克服这些问题。我们首先通过学习控制控制限制，不确定的安全性索引来保证安全控制不确定动态的可行性。然后，我们证明可以将稳健的安全控制作为凸问题（凸度半侵入编程或二阶锥编程）配制，并提出可以实时运行的相应最佳求解器。此外，我们分析了在未建模的不确定性下何时以及如何保留安全性。实验结果表明，我们的方法成功地发现了针对不同的不确定性实时的可靠安全控制，并且比强大的基线算法要保守得多。

This paper provides an introduction and overview of recent work on control barrier functions and their use to verify and enforce safety properties in the context of (optimization based) safety-critical controllers. We survey the main technical results and discuss applications to several domains including robotic systems.

Despite recent progress on trajectory planning of multiple robots and path planning of a single tethered robot, planning of multiple tethered robots to reach their individual targets without entanglements remains a challenging problem. In this paper, we present a complete approach to address this problem. Firstly, we propose a multi-robot tether-aware representation of homotopy, using which we can efficiently evaluate the feasibility and safety of a potential path in terms of (1) the cable length required to reach a target following the path, and (2) the risk of entanglements with the cables of other robots. Then, the proposed representation is applied in a decentralized and online planning framework that includes a graph-based kinodynamic trajectory finder and an optimization-based trajectory refinement, to generate entanglement-free, collision-free and dynamically feasible trajectories. The efficiency of the proposed homotopy representation is compared against existing single and multiple tethered robot planning approaches. Simulations with up to 8 UAVs show the effectiveness of the approach in entanglement prevention and its real-time capabilities. Flight experiments using 3 tethered UAVs verify the practicality of the presented approach.

Safe and smooth robot motion around obstacles is an essential skill for autonomous robots, especially when operating around people and other robots. Conventionally, due to real-time operation requirements and onboard computation limitations, many robot motion planning and control methods follow a two-step approach: first construct a (e.g., piecewise linear) collision-free reference path for a simplified robot model, and then execute the reference plan via path-following control for a more accurate and complex robot model. A challenge of such a decoupled robot motion planning and control method for highly dynamic robotic systems is ensuring the safety of path-following control as well as the successful completion of the reference plan. In this paper, we introduce a novel dynamical systems approach for online closed-loop time parametrization, called $\textit{a time governor}$, of a reference path for provably correct and safe path-following control based on feedback motion prediction, where the safety of robot motion under path-following control is continuously monitored using predicted robot motion. After introducing the general framework of time governors for safe path following, we present an example application for the fully actuated high-order robot dynamics using proportional-and-higher-order-derivative (PhD) path-following control whose feedback motion prediction is performed by Lyapunov ellipsoids and Vandemonde simplexes. In numerical simulations, we investigate the role of reference position and velocity feedback, and motion prediction on path-following performance and robot motion.

本文着重于影响弹性的移动机器人的碰撞运动计划和控制的新兴范式转移，并开发了一个统一的层次结构框架，用于在未知和部分观察的杂物空间中导航。在较低级别上，我们开发了一种变形恢复控制和轨迹重新启动策略，该策略处理可能在本地运行时发生的碰撞。低级系统会积极检测碰撞（通过内部内置的移动机器人上的嵌入式霍尔效应传感器），使机器人能够从其内部恢复，并在本地调整后影响后的轨迹。然后，在高层，我们提出了一种基于搜索的计划算法，以确定如何最好地利用潜在的碰撞来改善某些指标，例如控制能量和计算时间。我们的方法建立在A*带有跳跃点的基础上。我们生成了一种新颖的启发式功能，并进行了碰撞检查和调整技术，从而使A*算法通过利用和利用可能的碰撞来更快地收敛到达目标。通过将全局A*算法和局部变形恢复和重新融合策略以及该框架的各个组件相结合而生成的整体分层框架在模拟和实验中都经过了广泛的测试。一项消融研究借鉴了与基于搜索的最先进的避免碰撞计划者（用于整体框架）的链接，以及基于搜索的避免碰撞和基于采样的碰撞 - 碰撞 - 全球规划师（对于更高的较高的碰撞 - 等级）。结果证明了我们的方法在未知环境中具有碰撞的运动计划和控制的功效，在2D中运行的一类撞击弹性机器人具有孤立的障碍物。

对于许多丰富的接触的操作任务，顺利行为是优选的。阻抗控制作为通过模仿质量弹簧阻尼系统来调节机器人运动的有效方法。因此，机器人行为可以通过阻抗增益来确定。然而，调整不同任务的阻抗增益是棘手的，特别是对于非结构化环境。此外，在线调整最佳收益以满足时变性能指标更具挑战性。在本文中，我们在可变阻抗控制（安全ongo-VIC）中提供安全的在线增益优化。通过将阻抗控制的动态作为控制仿射系统的重构，其中阻抗增益是输入，我们提供了一种了解可变阻抗控制的新颖视角。此外，我们创新地制定了在线收集的强制信息的优化问题，以实时获得最佳阻抗增益。安全约束也嵌入到所提出的框架中以避免不需要的碰撞。我们在三个操纵任务上通过实验验证了所提出的算法。使用恒定增益基线和自适应控制方法的比较结果证明了所提出的算法对不同的场景有效和更广泛。