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群制御arXiv:2603.26314

可視領域ポリゴンによる見通し制約下のマルチロボット地図なしナビゲーション

Line-of-Sight-Constrained Multi-Robot Mapless Navigation via Polygonal Visible Regions

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未知障害物環境でロボット間の見通し(LoS)通信を維持する分散ナビゲーション手法を提案。各ロボットがLiDARスキャンから自己中心の可視領域を構築し、共有してLoS制約を課すことで、地図なしで接続性を保証する。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 未知障害物環境でのマルチロボットナビゲーションにおけるLine-of-Sight (LoS) 接続性維持問題を扱う。 - 各ロボットがリアルタイムLiDARスキャンに基づき自己中心的可視領域を構築し、分散通信で共有してLoS制約を確立する。 - これをマルチロボットナビゲーションフレームワークに統合し、LoS接続性を保証する。 - シミュレーションと実世界実験で評価し、障害物が多い環境でもLoS接続性を維持できることを示す。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来手法は既知の環境マップを前提にLoS制約を定式化しており、実環境への展開が困難だった。 - 提案手法はグローバルマップをオンラインで構築せず、各ロボットが自己中心的可視領域を構築する分散アプローチ。 - 既存手法が失敗する大規模可視範囲や脆弱な最小トポロジーでもLoS接続性を維持できる。 - トポロジー最適化によりナビゲーション効率が約20%向上することをアブレーションで示す。

3. 技術・手法の肝は?

- 各ロボットがリアルタイムLiDARスキャンから自己中心的可視領域を構築。 - 分散通信を通じて可視領域を共有し、ロボット間のLoS制約を確立。 - より正確なLoS-distanceメトリックを提案し、接続性維持のロバスト性を向上。 - 冗長で負荷の高い接続を排除する柔軟なトポロジー最適化を可能にする。 - これらをマルチロボットナビゲーションフレームワークに統合。

4. どうやって有効だと検証した?

- シミュレーションと実世界実験の両方で、広範なマルチロボットナビゲーションおよび探索タスクを実施。 - 障害物が混雑した挑戦的環境でLoS接続性を確実に維持することを示す。 - 大規模可視範囲や脆弱な最小トポロジー下でも既存手法が一貫して失敗するのに対し、提案手法は成功。 - アブレーション研究により、トポロジー最適化がナビゲーション効率を約20%向上させることを明らかにした。

5. 議論はある?

- 提案手法は未知障害物環境でのLoS接続性維持を実現し、既存手法の限界を克服。 - トポロジー最適化が効率向上に寄与することを示すが、具体的な議論や限界については要旨からは不明。 - 大規模可視範囲や脆弱なトポロジーでの有効性が示唆されるが、詳細な議論は要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究は明示されていない。 - 関連手法として、既知マップを用いるLoS制約定式化や、マルチロボットナビゲーションにおける接続性維持手法が挙げられる。 - 同分野の定番として、分散型マルチロボットナビゲーションやLiDARベースの可視領域構築に関する研究が考えられる。

※ 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: Ruofei Bai, Shenghai Yuan, Xinhang Xu, Xingyu Ji, Xiaowei Li, Hongliang Guo, Wei-Yun Yau, Lihua Xie

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Multi-robot systems rely on underlying connectivity to ensure reliable communication and timely coordination. This paper studies the line-of-sight (LoS) connectivity maintenance problem in multi-robot navigation with unknown obstacles. Prior works typically assume known environment maps to formulate LoS constraints between robots, which hinders their practical deployment. To overcome this limitation, we propose an inherently distributed approach where each robot only constructs an egocentric visible region based on its real-time LiDAR scans, instead of endeavoring to build a global map online. The individual visible regions are shared through distributed communication to establish inter-robot LoS constraints, which are then incorporated into a multi-robot navigation framework to ensure LoS-connectivity. Moreover, we enhance the robustness of connectivity maintenance by proposing a more accurate LoS-distance metric, which further enables flexible topology optimization that eliminates redundant and effort-demanding connections. The proposed framework is evaluated through extensive multi-robot navigation and exploration tasks in both simulation and real-world experiments. Results show that it reliably maintains LoS-connectivity between robots in challenging environments cluttered with obstacles, even under large visible ranges and fragile minimal topologies, where existing methods consistently fail. Ablation studies also reveal that topology optimization boosts navigation efficiency by around $20\%$, demonstrating the framework's potential for efficient navigation under connectivity constraints.

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