Event-based Reconfiguration Control for Time-varying Formation of Robot Swarms in Narrow Spaces

要約

この研究では、イベントベースの再構成制御を提案して、谷、トンネル、廊下などの狭い通路を持つ挑戦的な環境を通じてロボットの群れをナビゲートします。
ロボットの群れは無向グラフとしてモデル化されており、各ノードは、環境およびフォーメーション内の他のロボットの状態に関するリアルタイムデータを収集できるロボットを表します。
このデータは、コントローラーの入力として機能し、目的の構成と直線構成の間の動的な調整を提供します。
コントローラーには、人工電位フィールドを使用して設計された一連の動作が組み込まれており、目標指向の動き、フォーメーションメンテナンス、テールゲーティング、衝突回避の要件を満たしています。
形成制御の安定性は、リアプノフ定理を介して保証されます。
シミュレーションと比較の結果は、提案されたコントローラーがロボットの群れを狭いスペースに正常にナビゲートするだけでなく、成功率、順序、速度、移動時間、エネルギー効率などの主要なメトリックで他の確立された方法を上回ることを示しています。
ループ内のソフトウェアテストも実施されており、実際のシナリオでのコントローラーの適用性を検証しています。
コントローラーのソースコードは、https：//github.com/duynamrcv/ercで入手できます。

要約(オリジナル)

This study proposes an event-based reconfiguration control to navigate a robot swarm through challenging environments with narrow passages such as valleys, tunnels, and corridors. The robot swarm is modeled as an undirected graph, where each node represents a robot capable of collecting real-time data on the environment and the states of other robots in the formation. This data serves as the input for the controller to provide dynamic adjustments between the desired and straight-line configurations. The controller incorporates a set of behaviors, designed using artificial potential fields, to meet the requirements of goal-oriented motion, formation maintenance, tailgating, and collision avoidance. The stability of the formation control is guaranteed via the Lyapunov theorem. Simulation and comparison results show that the proposed controller not only successfully navigates the robot swarm through narrow spaces but also outperforms other established methods in key metrics including the success rate, heading order, speed, travel time, and energy efficiency. Software-in-the-loop tests have also been conducted to validate the controller’s applicability in practical scenarios. The source code of the controller is available at https://github.com/duynamrcv/erc.

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