論文の概要: Distributed 3D Leader-Follower Formation Control with Field-of-View Safety via Control Barrier Functions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.17533v1
- Date: Sun, 17 May 2026 16:34:12 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-19 17:57:48.131888
- Title: Distributed 3D Leader-Follower Formation Control with Field-of-View Safety via Control Barrier Functions
- Title（参考訳）: 制御バリア関数による視野安全を考慮した分散3次元リーダーフォロワ生成制御
- Authors: Immanuel R. Santjoko, Richie R. Suganda, Miao Pan, Bin Hu,
- Abstract要約: 本稿では,マルチUAVシステムのための分散3次元リーダフォロワ生成(3D-LFF)制御フレームワークを提案する。
我々は,建設による視認性を保証する,認識に配慮した安全な制御アーキテクチャを開発した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.401366041898857
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: This letter proposes a distributed 3D leader-follower formation (3D-LFF) control framework for multi-UAV systems that achieves formation tracking while enforcing perception safety constraints. Maintaining safe, vision-based 3D-LFF is challenging because onboard cameras impose strict Field-of-View (FOV) limitations, and demanding formation commands can drive the leader outside the follower's camera frustum, resulting in loss of visibility. To address this issue, we develop a perception-aware safe control architecture that guarantees visibility by construction. First, we derive a relative kinematic model in a line-of-sight coordinate representation and design a distributed 3D-LFF tracking controller using only locally available relative states. Next, we embed the nominal formation controller within a Control Barrier Function-based Quadratic Program (CBF-QP) safety filter that minimally modifies the commanded velocities to maintain the leader inside the follower's camera frustum while preserving formation tracking whenever feasible. Gazebo simulations and Crazyflie hardware experiments validate the proposed approach, demonstrating accurate formation tracking and effective FOV enforcement, including scenarios in which the nominal desired formation conflicts with visibility constraints.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,複数UAVシステムを対象とした3次元リーダ・フォロワ生成(3D-LFF)制御フレームワークを提案する。
安全でビジョンベースの3D-LFFを維持することは、オンボードカメラが厳格な視野制限(FOV)を課し、フォーメーションコマンドを要求すれば、フォロワーのカメラフラストレーションの外でリーダーを駆動でき、視界が失われてしまうため、難しい。
この問題に対処するため,我々は,建設による視認性を保証する,認識に配慮した安全な制御アーキテクチャを開発した。
まず,直近の座標表現における相対運動モデルを導出し,局所的に利用可能な相対状態のみを用いた分散3D-LFFトラッキングコントローラを設計する。
次に、制御バリア関数をベースとした擬似的プログラム(CBF-QP)の安全フィルタに名目形成制御器を組み込む。
Gazebo シミュレーションと Crazyflie ハードウェア実験は提案した手法を検証し、正確なフォーメーショントラッキングと効果的な FOV 強制を実証し、明確な望まれるフォーメーションが可視性制約と矛盾するシナリオを含む。
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