tkkim-robot/safe_control

解決的問題

safe_control 是一個專為確保機器人安全導航而設計的 Python 庫。它提供一個統一的程式碼庫，可在允許機器人追蹤航點或軌跡的同時，防止與已知及未知障礙物（包括動態障礙物）發生碰撞。

工作原理

該庫實現了多種基於控制屏障函數（CBF）的控制器與安全過濾器。透過數學約束確保機器人始終處於「安全狀態集」內。主要實作包括：

• 位置控制器：CBF-QP、MPC-CBF 與最佳衰減 CBF，用於避障。
• 安全防護：gatekeeper 算法作為名義控制器與備用控制器之間的過濾器，可保證無限時間內的安全性。
• 動力學支援：支援從簡單積分器、單輪車到複雜四旋翼、VTOL 以及動態自行車模型（包含漂移車輛）等多種機器人模型。
• 感測模擬：模擬具有有限視野的 RGB-D 相機感測器，以處理未知障礙物的即時偵測。

適用對象

本庫適用於開發自動駕駛車輛、無人機及多智能體機器人系統安全控制系統的機器人研究人員與工程師。

主要亮點

• 多樣化的機器人支援：相容多種動力學模型，包括運動學／動力學自行車模型與 3D 四旋翼。
• 動態障礙物避讓：實作 C3BF 與 DPCBF 等先進 CBF，用於應對移動障礙物。
• 多智能體能力：支援同質與異質機器人團隊的導航。
• 超橢球障礙物：使用可微分的超橢球近似矩形障礙物。
• 互動式可視化：內建用於模擬的即時繪圖與動畫工具。