M^3RS: Multi-robot, Multi-objective, and Multi-mode Routing and Scheduling

要約

この論文では、マルチロボット、マルチ目的、マルチモードのルーティングとスケジューリング (M^3RS) という新しい問題を作成します。
M^3RS の定式化は、各タスクが複数の実行モードを持つ、時間制限のあるマルチロボット、複数目的のルーティングおよびスケジューリング ミッションのために導入されています。
実行モードが異なると、リソース消費量、関連する実行時間、および品質が異なります。
M^3RS は、タスクの最適なシーケンスと実行モードを各エージェントに割り当てます。
ルートと関連モードは、さまざまな目的基準に対するユーザーの設定によって異なります。
M^3RS の必要性は、異なるタスク実行モードから複数の条件間のトレードオフが生じるマルチロボット アプリケーションから生じます。
当社では、公共の場所でのマルチロボット消毒の適用に M^3RS を使用しています。
消毒の適用で考慮される目標は、消毒の品質と完了したタスクの数です。
M^3RS に対して混合整数線形計画法モデルが提案されています。
次に、より大きな問題インスタンスの計算時間の問題に取り組むための、時間効率の高い列生成スキームが提示されます。
固定実行モードよりも複数のモードを使用する利点は、合成データの実験を使用して実証されます。
この結果は、M^3RS が利用可能なソリューションの点でユーザーに柔軟性を提供し、共同パフォーマンス指標で優れたパフォーマンスを発揮することを示唆しています。
提案された問題を消毒ロボットのチームに適用した例を示します。} 実験のビデオは、プロジェクトの Web サイト https://sites.google.com/view/g-robot/m3rs/ でご覧いただけます。

要約(オリジナル)

In this paper, we present a novel problem coined multi-robot, multi-objective, and multi-mode routing and scheduling (M^3RS). The formulation for M^3RS is introduced for time-bound multi-robot, multi-objective routing and scheduling missions where each task has multiple execution modes. Different execution modes have distinct resource consumption, associated execution time, and quality. M^3RS assigns the optimal sequence of tasks and the execution modes to each agent. The routes and associated modes depend on user preferences for different objective criteria. The need for M^3RS comes from multi-robot applications in which a trade-off between multiple criteria arises from different task execution modes. We use M^3RS for the application of multi-robot disinfection in public locations. The objectives considered for disinfection application are disinfection quality and number of tasks completed. A mixed-integer linear programming model is proposed for M^3RS. Then, a time-efficient column generation scheme is presented to tackle the issue of computation times for larger problem instances. The advantage of using multiple modes over fixed execution mode is demonstrated using experiments on synthetic data. The results suggest that M^3RS provides flexibility to the user in terms of available solutions and performs well in joint performance metrics. The application of the proposed problem is shown for a team of disinfection robots.} The videos for the experiments are available on the project website: https://sites.google.com/view/g-robot/m3rs/ .

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