論文の概要: Task-Space Singularity Avoidance for Control Affine Systems Using Control Barrier Functions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.23753v1
• Date: Tue, 24 Mar 2026 22:25:28 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-26 21:06:11.041636
• Title: Task-Space Singularity Avoidance for Control Affine Systems Using Control Barrier Functions
• Title（参考訳）: 制御バリア関数を用いた制御アフィン系のタスク空間特異性回避
• Authors: Kimia Forghani, Suraj Raval, Lamar Mair, Axel Krieger, Yancy Diaz-Mercado,
• Abstract要約: ロボットと力学系の特異性は、制御入力からタスク空間運動へのマッピングがランクを失うときに生じる。 本稿では,制御ファインシステムにおけるそのような特異性を回避するための制御バリア関数フレームワークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.9635030541993523
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Singularities in robotic and dynamical systems arise when the mapping from control inputs to task-space motion loses rank, leading to an inability to determine inputs. This limits the system's ability to generate forces and torques in desired directions and prevents accurate trajectory tracking. This paper presents a control barrier function (CBF) framework for avoiding such singularities in control-affine systems. Singular configurations are identified through the eigenvalues of a state-dependent input-output mapping matrix, and barrier functions are constructed to maintain a safety margin from rank-deficient regions. Conditions for theoretical guarantees on safety are provided as a function of actuator dynamics. Simulations on a planar 2-link manipulator and a magnetically actuated needle demonstrate smooth trajectory tracking while avoiding singular configurations and reducing control input spikes by up to 100x compared to the nominal controller.
• Abstract（参考訳）: ロボットと力学系の特異性は、制御入力からタスク空間運動へのマッピングがランクを失うと発生し、入力を決定することができない。 これにより、所望の方向に力とトルクを発生させる能力が制限され、正確な軌道追跡を防ぐことができる。 本稿では,制御ファインシステムにおけるそのような特異性を回避するための制御バリア関数(CBF)フレームワークを提案する。 状態依存型入出力マッピング行列の固有値を用いて特異な構成を同定し、ランク不足領域からの安全マージンを維持するためにバリア関数を構築する。 安全に関する理論的保証条件はアクチュエータ力学の関数として提供される。 平面2リンクマニピュレータと磁針のシミュレーションは、特異な構成を回避し、制御入力スパイクを制御コントローラの100倍まで低減しつつ、滑らかな軌道追跡を示す。

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