Multi-Robot Coordination Under Physical Limitations

要約

マルチロボット調整は、自律探査、捜索救助、協同輸送など、さまざまなアプリケーションの基本です。
このペーパーでは、エネルギー消費を最小限に抑え、アクチュエータの制約に対処しながら効率的なランデブーを保証するマルチロボットシステム（MRSS）の最適なコンセンサスフレームワークを紹介します。
現実世界の展開における重要な課題は、アクチュエーターの制限、特にホイール速度飽和度であり、コントロールパフォーマンスを大幅に低下させる可能性があります。
この問題に対処するために、ポントリアギン最小原則（PMP）を制御設計に組み込み、システムの安定性と実現可能性を確保しながら、制約された最適化を促進します。
結果として生じる最適な制御ポリシーは、作動の制約が存在する場合でも、調整効率とエネルギー消費のバランスを効果的にバランスさせます。
提案されたフレームワークは、ロボタリウムモバイルロボットのチームを使用して実施された広範な数値シミュレーションと実世界の実験を通じて検証されます。
実験結果は、当社の制御戦略が信頼できる効率的な調整されたランデブーを達成しながら、通信の遅延、センサーノイズ、パケット損失などの実際の課題に対処していることを確認しています。

要約(オリジナル)

Multi-robot coordination is fundamental to various applications, including autonomous exploration, search and rescue, and cooperative transportation. This paper presents an optimal consensus framework for multi-robot systems (MRSs) that ensures efficient rendezvous while minimizing energy consumption and addressing actuator constraints. A critical challenge in real-world deployments is actuator limitations, particularly wheel velocity saturation, which can significantly degrade control performance. To address this issue, we incorporate Pontryagin Minimum Principle (PMP) into the control design, facilitating constrained optimization while ensuring system stability and feasibility. The resulting optimal control policy effectively balances coordination efficiency and energy consumption, even in the presence of actuation constraints. The proposed framework is validated through extensive numerical simulations and real-world experiments conducted using a team of Robotarium mobile robots. The experimental results confirm that our control strategies achieve reliable and efficient coordinated rendezvous while addressing real-world challenges such as communication delays, sensor noise, and packet loss.

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