論文の概要: Safety-Critical Whole-Body Control for Humanoid Robots via Input-to-State Safe Control Barrier Functions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.25546v1
- Date: Mon, 25 May 2026 08:02:30 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-26 19:50:19.454242
- Title: Safety-Critical Whole-Body Control for Humanoid Robots via Input-to-State Safe Control Barrier Functions
- Title（参考訳）: 入力から状態への安全な制御バリア機能を利用したヒューマノイドロボットの安全臨界全体制御
- Authors: Kwanwoo Lee, Sanghyuk Park, Gyeongjae Park, Myeong-Ju Kim, Jaeheung Park,
- Abstract要約: 本稿では,ヒューマノイドロボットのための階層型安全クリティカル全身制御フレームワークを提案する。
提案アーキテクチャは,キネマティック・ボディー・コントローラ(KinWBC),ISSf-CBFセーフティフィルタ,ダイナミック・ボディー・コントローラ(DynWBC)を統合している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.59514190732471
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Safety-critical control is essential for humanoid robots operating in complex human-centered environments, where physical safety constraints such as joint limits, self-collision avoidance, obstacle avoidance, and workspace boundaries must be satisfied during real-robot operation. However, existing approaches remain limited because kinematic safety guarantees can be degraded in the presence of unknown disturbances, such as model uncertainties, trajectory-tracking errors, and external perturbations. This paper presents a hierarchical safety-critical whole-body control framework for humanoid robots based on input-to-state safe control barrier functions (ISSf-CBFs). The proposed architecture integrates a kinematic-level whole-body controller (KinWBC), an ISSf-CBF safety filter, and a dynamic-level whole-body controller (DynWBC). KinWBC generates nominal joint-motion references from prioritized tasks; the ISSf-CBF filter minimally modifies these references to satisfy kinematic safety constraints under bounded disturbances; and DynWBC tracks the filtered references while enforcing full-body dynamic feasibility and contact stability. Safety constraints are imposed on a whole-body kinematic model, and the ISSf-CBF parameters are conservatively tuned so that the resulting kinematic safety guarantees can be transferred to full-order humanoid dynamics under unknown disturbances. Simulation and real-robot experiments demonstrate that the proposed framework improves safety margins under model mismatch and reliably enforces multiple safety constraints in real time during locomotion, teleoperation, and single-leg balancing with hand control. Project website: https://kwlee365.github.io/SafeWBC-Website/
- Abstract（参考訳）: 複雑な人間中心環境下で作業するヒューマノイドロボットには安全クリティカルコントロールが不可欠であり、実際のロボット操作では、関節制限、自己衝突回避、障害物回避、ワークスペース境界などの物理的な安全制約を満たさなければならない。
しかし、モデル不確実性、軌道追従誤差、外乱などの未知の乱れが存在する場合、運動安全保証が劣化する可能性があるため、既存のアプローチは限定的のままである。
本稿では,インプット・ツー・ステート・セーフ・コントロール・バリア機能(ISSf-CBFs)に基づくヒューマノイドロボットのための階層型安全クリティカル全体制御フレームワークを提案する。
提案アーキテクチャは,キネマティック・ボディ・コントローラ(KinWBC),ISSF-CBFセーフティフィルタ,ダイナミック・レベル・ボディ・コントローラ(DynWBC)を統合している。
KinWBCは優先順位付けされたタスクから名目上の共同動作参照を生成し、ISSf-CBFフィルタはこれらの参照を最小限に修正し、境界外乱下での運動安全制約を満たす。
全身キネマティックモデルに安全性制約を課し、ISSf-CBFパラメータを保守的に調整し、結果のキネマティック安全性保証を未知の乱れの下でフルオーダーのヒューマノイド力学に転送する。
シミュレーションおよび実ロボット実験により,提案手法はモデルミスマッチ下での安全マージンを向上し,移動,遠隔操作,手動制御によるシングルレグバランシングにおいて,複数の安全制約をリアルタイムに確実に実施することを示した。
プロジェクトウェブサイト: https://kwlee365.github.io/SafeWBC-Website/
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