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群制御arXiv:2509.18636

狭環境におけるアフィン変形ガイダンスを用いた機数適応型フォーメーション飛行計画

Number Adaptive Formation Flight Planning via Affine Deformable Guidance in Narrow Environments

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ドローン群の機数が変化しても狭い環境でフォーメーションを維持できるよう、変形可能な仮想構造(DVS)をアフィン変換で誘導する計画手法を提案し、シミュレーションと実機実験で有効性を示した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 狭い環境でdroneの数が変動してもformationを維持できるformation flight planning手法の提案 - Deformable Virtual Structures (DVS) を連続的な時空間変換でguidanceする枠組み - 各agentはDVS内の目標時空間位置に従い分散trajectory planningを行う - simulationとreal-world experimentsの両方で有効性を検証

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来のformation planningはdrone数の変動時に所望configurationへの収束が困難だった - 提案法は最大15%のswarm数のjoin/leaveをcluttered環境で許容しつつ急速にformation形状を回復 - cutting-edge formation planning methodと比較し、formation回復速度と環境適応性で優位 - affine transformationにより狭い環境への適応を実現

3. 技術・手法の肝は?

- DVSの構築にLloyd algorithmによる均一partitioningとHungarian algorithmによるassignment (PAAS) を採用 - 不規則なformation geometryでもswarmの安全距離と形状充填の完全性を維持 - primitive-based path searchとnonlinear trajectory optimizationでDVSを含む時空間trajectoryを計画 - DVS trajectoryはaffine transformationで狭環境適応とdrone数変動への適応遷移を実現 - 各agentは分散trajectory planningでcollision avoidanceとdynamic feasibilityを考慮

4. どうやって有効だと検証した?

- simulationで最大15%のswarm数のjoin/leaveをcluttered環境で実施し、formation形状の急速回復を確認 - cutting-edge formation planning methodとの比較でformation回復能力と環境適応性を提示 - real-world experimentsで提案手法の有効性とresilienceを検証

5. 議論はある?

- 要旨からは不明(具体的な限界や失敗ケース、計算コスト等の議論は記述されていない)

6. 次に読むべき論文は?

- cutting-edge formation planning method(要旨で比較対象として言及、具体名は不明) - Lloyd algorithm - Hungarian algorithm - primitive-based path search - nonlinear trajectory optimization - Deformable Virtual Structures (DVS) 関連研究

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Yuan Zhou, Jialiang Hou, Guangtong Xu, Fei Gao

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Formation maintenance with varying number of drones in narrow environments hinders the convergence of planning to the desired configurations. To address this challenge, this paper proposes a formation planning method guided by Deformable Virtual Structures (DVS) with continuous spatiotemporal transformation. Firstly, to satisfy swarm safety distance and preserve formation shape filling integrity for irregular formation geometries, we employ Lloyd algorithm for uniform $\underline{PA}$rtitioning and Hungarian algorithm for $\underline{AS}$signment (PAAS) in DVS. Subsequently, a spatiotemporal trajectory involving DVS is planned using primitive-based path search and nonlinear trajectory optimization. The DVS trajectory achieves adaptive transitions with respect to a varying number of drones while ensuring adaptability to narrow environments through affine transformation. Finally, each agent conducts distributed trajectory planning guided by desired spatiotemporal positions within the DVS, while incorporating collision avoidance and dynamic feasibility requirements. Our method enables up to 15\% of swarm numbers to join or leave in cluttered environments while rapidly restoring the desired formation shape in simulation. Compared to cutting-edge formation planning method, we demonstrate rapid formation recovery capacity and environmental adaptability. Real-world experiments validate the effectiveness and resilience of our formation planning method.

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