精密農業における反復的な異種タスクのためのエネルギー効率の良い計画
Energy Efficient Planning for Repetitive Heterogeneous Tasks in Precision Agriculture
精密農業でのロボット除草を対象に、観察してから操作する順序制約とタスクの共同配置による省エネを考慮した反復異種タスク計画を、確率的再生過程と混合整数非線形計画として定式化し、分枝限定法で解く手法を提案した。
著者: Shuangyu Xie, Ken Goldberg, Dezhen Song
分類: cs.RO
原文アブストラクト
Robotic weed removal in precision agriculture introduces a repetitive heterogeneous task planning (RHTP) challenge for a mobile manipulator. RHTP has two unique characteristics: 1) an observe-first-and-manipulate-later (OFML) temporal constraint that forces a unique ordering of two different tasks for each target and 2) energy savings from efficient task collocation to minimize unnecessary movements. RHTP can be framed as a stochastic renewal process. According to the Renewal Reward Theorem, the expected energy usage per task cycle is the long-run average. Traditional task and motion planning focuses on feasibility rather than optimality due to the unknown object and obstacle position prior to execution. However, the known target/obstacle distribution in precision agriculture allows minimizing the expected energy usage. For each instance in this renewal process, we first compute task space partition, a novel data structure that computes all possibilities of task multiplexing and its probabilities with robot reachability. Then we propose a region-based set-coverage problem to formulate the RHTP as a mixed-integer nonlinear programming. We have implemented and solved RHTP using Branch-and-Bound solver. Compared to a baseline in simulations based on real field data, the results suggest a significant improvement in path length, number of robot stops, overall energy usage, and number of replans.
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