Energy-Aware Ergodic Search: Continuous Exploration for Multi-Agent Systems with Battery Constraints

要約

広範囲にわたる事象を検出するために一貫した存在が必要な捜索救助や精密農業などのシナリオでは、中断することなく継続的に探索することが重要です。
エルゴディック検索はこれらのシナリオですでに連続的な軌道を導出しているため、ロボットは情報密度の高い領域でより多くの時間を費やすことができます。
しかし、エルゴーディック探索に関する既存の文献では、ロボットのエネルギー制約が考慮されておらず、ロボットが探索できる時間を制限しています。
実際、ロボットがバッテリー駆動の場合、1 回のバッテリー充電で継続的に探索することは物理的に不可能です。
私たちの論文では、エルゴディックな検索方法とエネルギーを意識したカバレッジを統合して、この課題に取り組みます。
バッテリーの使用量とカバレッジの質をトレードオフして、少なくとも 1 人のエージェントによる中断のない探索を維持します。
私たちのアプローチは、将来の充電状態を推定するための抽象的なバッテリー モデルを導き出し、正規のエルゴーディック検索をバッテリー制約の下でのエルゴーディック検索に拡張します。
シミュレーションと実世界の実験からの経験的データは、エネルギーを意識したエルゴーディック検索の有効性を実証しており、これにより継続的な探査が保証され、空間範囲が保証されます。

要約(オリジナル)

Continuous exploration without interruption is important in scenarios such as search and rescue and precision agriculture, where consistent presence is needed to detect events over large areas. Ergodic search already derives continuous trajectories in these scenarios so that a robot spends more time in areas with high information density. However, existing literature on ergodic search does not consider the robot’s energy constraints, limiting how long a robot can explore. In fact, if the robots are battery-powered, it is physically not possible to continuously explore on a single battery charge. Our paper tackles this challenge, integrating ergodic search methods with energy-aware coverage. We trade off battery usage and coverage quality, maintaining uninterrupted exploration by at least one agent. Our approach derives an abstract battery model for future state-of-charge estimation and extends canonical ergodic search to ergodic search under battery constraints. Empirical data from simulations and real-world experiments demonstrate the effectiveness of our energy-aware ergodic search, which ensures continuous exploration and guarantees spatial coverage.

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