Fault-Tolerant Multi-Robot Coordination with Limited Sensing within Confined Environments

要約

ロボットは、共有ワークスペースとリソース内のタスクでコラボレーションするためにますます展開されているため、個々のロボットの障害はグループのパフォーマンスに重大な影響を与える可能性があります。
この問題は、ロボットがグローバルな情報や直接的なコミュニケーションを欠いている場合、特に困難です。
この研究では、特に限られたセンシングと空間閉じ込めの条件下で、マルチロボットシステムでの物理的接触相互作用を活用する新しい断層耐性手法を提案します。
「アクティブコンタクト応答」（ACR）メソッドを導入します。各ロボットは、動作不能な（誤った）ロボットに遭遇する可能性に基づいて動作を変調します。
アクティブロボットは、妨害を減らし、最適なグループ機能を維持するために、静止した故障したピアを集合的に再配置することができます。
まとまりのあるモデルペレットを掘り出したコンタクトセンシングおよび衝突トレランス機能を備えた自律ロボットのチームにアルゴリズムを実装します。
実験結果は、ACR法がロボット障害からのシステムの回復時間を大幅に改善し、パフォーマンスの低下で継続的な集団発掘を可能にすることを示しています。
したがって、この作業は、制約された極端な環境で動作するマルチロボットシステムの断層許容度と調整を強化するために、ローカル、ソーシャル、および物理的相互作用を活用する可能性を示しています。

要約(オリジナル)

As robots are increasingly deployed to collaborate on tasks within shared workspaces and resources, the failure of an individual robot can critically affect the group’s performance. This issue is particularly challenging when robots lack global information or direct communication, relying instead on social interaction for coordination and to complete their tasks. In this study, we propose a novel fault-tolerance technique leveraging physical contact interactions in multi-robot systems, specifically under conditions of limited sensing and spatial confinement. We introduce the ‘Active Contact Response’ (ACR) method, where each robot modulates its behavior based on the likelihood of encountering an inoperative (faulty) robot. Active robots are capable of collectively repositioning stationary and faulty peers to reduce obstructions and maintain optimal group functionality. We implement our algorithm in a team of autonomous robots, equipped with contact-sensing and collision-tolerance capabilities, tasked with collectively excavating cohesive model pellets. Experimental results indicate that the ACR method significantly improves the system’s recovery time from robot failures, enabling continued collective excavation with minimal performance degradation. Thus, this work demonstrates the potential of leveraging local, social, and physical interactions to enhance fault tolerance and coordination in multi-robot systems operating in constrained and extreme environments.

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