Formations organization in robotic swarm using the thermal motion equivalent method

要約

群ロボット工学は、その分散・分散・スケーラブルな性質から、農業から環境モニタリング、物流に至るまで、幅広い用途に大きな可能性を秘めている。現在、バーチャルリーダー、ベクトル、ポテンシャルフィールドなど、様々な群制御手法やアルゴリズムが知られている。このような手法は、特定の条件やタスクにおいて良好な結果を示すことが多い。群によって解決されるタスクは多様であるため、普遍的な制御アルゴリズムの開発が必要である。本論文では、分子間の熱力学的相互作用の挙動類似性に触発された熱運動等価法（TMEM）の進化を提案する。これまでの研究で、このような手法が地形監視タスクにおいて高い効率を示すことが示されている。本研究では、ロジスティクスや隊列移動タスクに必要とされる、幾何学的構造の群形成の問題を扱う。TMEMを用いた幾何学的構造の群形成は、エージェントの特殊な非線形相互作用関数により可能であることを示す。安定したエージェント群の形成を可能にする区分的線形相互作用関数を提案する。本論文の結果は、群ダイナミクスの数値モデリングによって検証される。線形クアドロコプターモデルがエージェントとして考慮されている。相互作用関数の選択の公平性を示す。

要約(オリジナル)

Due to its decentralised, distributed and scalable nature, swarm robotics has great potential for applications ranging from agriculture to environmental monitoring and logistics. Various swarm control methods and algorithms are currently known, such as virtual leader, vector and potential field, and others. Such methods often show good results in specific conditions and tasks. The variety of tasks solved by the swarm requires the development of a universal control algorithm. In this paper, we propose an evolution of a thermal motion equivalent method (TMEM) inspired by the behavioural similarity of thermodynamic interactions between molecules. Previous research has shown the high efficiency of such a method for terrain monitoring tasks. This work addresses the problem of swarm formation of geometric structures, as required for logistics and formation movement tasks. It is shown that the formation of swarm geometric structures using the TMEM is possible with a special nonlinear interaction function of the agents. A piecewise linear interaction function is proposed that allows the formation of a stable group of agents. The results of the paper are validated by numerical modelling of the swarm dynamics. A linear quadrocopter model is considered as an agent. The fairness of the choice of the interaction function is shown.

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