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群制御arXiv:2604.22189

非凸領域におけるエネルギー効率的なマルチロボット被覆経路計画

Energy-Efficient Multi-Robot Coverage Path Planning of Non-Convex Regions of Interests

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障害物や飛行禁止区域を含む非凸領域に対して、エネルギー消費を最小化するマルチロボット被覆経路計画フレームワークを提案し、実機実験で有効性を示した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 大規模で非凸な障害物・no-fly zones (NFZ) を含む Regions of Interest (ROI) を対象とした、エネルギー効率の良いマルチロボット coverage path planning (MRCPP) フレームワーク。 - 複数のロボットによる被覆経路計画を、エネルギー消費最小化と作業負荷分散を両立しながら生成する。 - autonomous aerial vehicles (AAVs) と autonomous surface vehicles (ASVs) の実世界実験で有効性を示す。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存の minimum-energy coverage planning は meta-heuristic boustrophedon workspace decomposition を用いるため、エネルギー最小化目的や制約があっても最適なエネルギー効率を達成できない。 - 既存フレームワークの多くは単一のロボットプラットフォームしかサポートしない。 - MRCPP はこれらの制限を克服し、state-of-the-art planners と比較して平均総エネルギー消費を3%〜40%削減し、計算時間を桁単位で短縮する。

3. 技術・手法の肝は?

- グローバル情報に基づく swath generation を生成する。 - 旋回を最小化する並列掃引経路を作成する。 - 安全な旋回クリアランスを確保するための safety buffers を計算する。 - 効率的な mTSP solver を用いて作業負荷を分散し、ミッション時間を最小化する。 - 修正された visibility graph により、heading angles を追跡しながら安全領域内で遷移を維持して、非連結セグメントを接続する。

4. どうやって有効だと検証した?

- autonomous aerial vehicles (AAVs) と autonomous surface vehicles (ASVs) を用いた実世界実験で有効性を実証。 - 評価により、提案 MRCPP が state-of-the-art planners を一貫して上回り、3台のロボットチームで平均総エネルギー消費を3%〜40%削減し、計算時間を桁単位で短縮することを示す。 - 作業負荷分散のバランスと、フリートサイズ増加に対する強いスケーラビリティも維持する。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている既存の minimum-energy coverage planning algorithms、meta-heuristic boustrophedon workspace decomposition、mTSP solver、modified visibility graph に関連する研究。 - 同分野の定番として coverage path planning、multi-robot task allocation、energy-efficient planning に関する論文。

※ 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: Sourav Raxit, Jose Fuentes, Paulo Padrao, Abdullah Al Redwan Newaz, Md Tamjidul Hoque, Mark Kulp, Leonardo Bobadilla

分類: cs.RO

原文アブストラクト

This letter presents an energy-efficient multi-robot coverage path planning (MRCPP) framework for large, nonconvex Regions of Interest (ROI) containing obstacles and no-fly zones (NFZ). Existing minimum-energy coverage planning algorithms utilize meta-heuristic boustrophedon workspace decomposition. Therefore, even with minimum energy objectives and energy consumption constraints, they cannot achieve optimal energy efficiency. Moreover, most existing frameworks support only a single type of robotic platform. MRCPP overcomes these limitations by: generating globally-informed swath generation, creating parallel sweeping paths with minimal turns, calculating safety buffers to ensure safe turning clearance, using an efficient mTSP solver to balance workloads and minimize mission time, and connecting disjoint segments via a modified visibility graph that tracks heading angles while maintaining transitions within safe regions. The efficacy of the proposed MRCPP framework is demonstrated through real-world experiments involving autonomous aerial vehicles (AAVs) and autonomous surface vehicles (ASVs). Evaluations demonstrate that the proposed MRCPP consistently outperforms state-of-the-art planners, reducing average total energy consumption by 3\% to 40\% for a team of 3 robots and computation time by an order of magnitude, while maintaining balanced workload distribution and strong scalability across increasing fleet sizes. The MRCPP framework is released as an open-source package and videos of real-world and simulated experiments are available at https://mrc-pp.github.io.

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