Energy-Aware Coverage Planning for Heterogeneous Multi-Robot System

要約

我々は、異種マルチロボットのカバレッジ問題に対する分散制御法則を提案します。この問題では、ロボットは、サイズ、速度、能力、ペイロードが異なるため、容量や消耗率などの異なるエネルギー特性を持つ可能性があります。
既存のエネルギーを意識した適用範囲制御法では、容量の違いは考慮されていますが、バッテリーの消耗率はすべてのロボットで同じであると想定されています。
ただし、現実的なシナリオでは、一部のロボットは他のロボットよりもはるかに早くエネルギーを消費する可能性があります。
たとえば、UAV は異なる高度でホバリングし、これらの変更は割り当てられたタスクに基づいて動的に更新される可能性があります。
マルチロボット システムのパフォーマンスを最大化するには、ロボットのエネルギー容量と消耗率を考慮する必要があります。
この目的を達成するために、ロボットのエネルギーダイナミクスに基づいてロボットの重みを適応させ、それに応じてロボット間で関心領域を分割するロイドアルゴリズムに基づく新しいエネルギー認識コントローラーを提案します。
コントローラーは理論的に分析され、複数の現実的なシナリオでのシミュレーションと実際のデモンストレーションを通じて広範に評価され、そのパフォーマンスと有効性を検証するために 3 つのベースライン制御法則と比較されます。

要約(オリジナル)

We propose a distributed control law for a heterogeneous multi-robot coverage problem, where the robots could have different energy characteristics, such as capacity and depletion rates, due to their varying sizes, speeds, capabilities, and payloads. Existing energy-aware coverage control laws consider capacity differences but assume the battery depletion rate to be the same for all robots. In realistic scenarios, however, some robots can consume energy much faster than other robots; for instance, UAVs hover at different altitudes, and these changes could be dynamically updated based on their assigned tasks. Robots’ energy capacities and depletion rates need to be considered to maximize the performance of a multi-robot system. To this end, we propose a new energy-aware controller based on Lloyd’s algorithm to adapt the weights of the robots based on their energy dynamics and divide the area of interest among the robots accordingly. The controller is theoretically analyzed and extensively evaluated through simulations and real-world demonstrations in multiple realistic scenarios and compared with three baseline control laws to validate its performance and efficacy.

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