一種用于多機(jī)器人系統(tǒng)的分散軌跡生成算法

印度SRM科學(xué)與技術(shù)研究所的研究人員最近開(kāi)發(fā)了一種用于多智能體系統(tǒng)的分散軌跡生成算法。他們的算法在預(yù)先公布在arXiv上的論文中提出，當(dāng)提供初始狀態(tài)和期望的最終姿勢(shì)時(shí)，可以為機(jī)器人生成無(wú)碰撞軌跡。

“Govind和他的團(tuán)隊(duì)雄心勃勃地向我尋求我對(duì)他們學(xué)士學(xué)位項(xiàng)目的建議，”負(fù)責(zé)該研究的高級(jí)研究員Sivanathan K告訴TechXplore。“了解他們的數(shù)學(xué)能力，我覺(jué)得他們應(yīng)該被分配一個(gè)未來(lái)等待解決的具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。隨著世界向自動(dòng)駕駛汽車(chē)發(fā)展，我建議開(kāi)發(fā)一種用于自動(dòng)駕駛車(chē)輛的分散算法來(lái)導(dǎo)航十字路口。我們覺(jué)得該算法的性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，因此我們將工作擴(kuò)展到開(kāi)發(fā)一種算法，該算法可以使自動(dòng)駕駛車(chē)輛在未知環(huán)境中航行，避免與其他機(jī)器人/障礙物發(fā)生碰撞。

多機(jī)器人系統(tǒng)涉及許多機(jī)器人代理或自主車(chē)輛，它們?cè)诟鞣N任務(wù)上進(jìn)行協(xié)作。這些系統(tǒng)可以在許多領(lǐng)域具有有趣的應(yīng)用，包括交通，娛樂(lè)，安全和太空探索。

當(dāng)幾個(gè)機(jī)器人在給定任務(wù)上一起工作時(shí)，它們的軌跡需要仔細(xì)規(guī)劃以確保機(jī)器人不會(huì)相互碰撞并且不會(huì)違反它們的動(dòng)態(tài)限制。到目前為止，大多數(shù)用于軌跡生成的方法都是集中的，這意味著它們預(yù)先生成軌跡，然后將它們傳輸?shù)絾蝹€(gè)機(jī)器人。

雖然集中式方法在已知環(huán)境中使用且機(jī)器人數(shù)量有限，但它們很難在更大規(guī)模上應(yīng)用。因此，近年來(lái)，研究人員一直在研究分散的方法，這些方法可以不斷重新規(guī)劃軌跡，應(yīng)對(duì)環(huán)境中的意外變化或障礙。

SRM研究所的研究人員團(tuán)隊(duì)為多智能體系統(tǒng)的軌跡生成開(kāi)發(fā)了一種新的分散算法。他們的方法遵循兩個(gè)步驟，通過(guò)預(yù)測(cè)其他機(jī)器人的位置，生成機(jī)器人將被約束的無(wú)碰撞凸區(qū)域。

“我們的方法有兩個(gè)子目標(biāo)。第一個(gè)是環(huán)境識(shí)別，包括自我的地圖生成和環(huán)境中其他人的軌跡預(yù)測(cè)，以識(shí)別自我(從感興趣的車(chē)輛的角度來(lái)看)安全地區(qū)，“Govind Aadithya R，進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一，Told TechXplore。“在此之后，我們的目標(biāo)是在安全區(qū)域內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)航，以便到達(dá)目的地，為此我們利用可用信息生成自我的軌跡，并定期重新計(jì)劃，以解釋自我周?chē)l(fā)生的變化。確保自我沿著指定的路徑移動(dòng)，使用軌跡跟蹤器跟蹤狀態(tài)。“

Govind及其同事采用了一種簡(jiǎn)單的障礙物檢測(cè)方法，使用局部基于形狀的地圖為個(gè)體藥劑制定安全區(qū)域。基于該數(shù)據(jù)，他們的算法預(yù)測(cè)其他機(jī)器人的軌跡并將這些軌跡結(jié)合到模型中以通過(guò)重新調(diào)整機(jī)器人可以在不碰撞的情況下導(dǎo)航的區(qū)域來(lái)避免碰撞。

“對(duì)我來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)工作最有意義的一點(diǎn)是連續(xù)時(shí)間碰撞檢查對(duì)于安全無(wú)碰撞導(dǎo)航至關(guān)重要，”參與該研究的另一位研究員Shravan Krishnan告訴TechXplore。“另外，為了避免碰撞，我們發(fā)現(xiàn)復(fù)雜的映射技術(shù)并不是最重要的，但在處理空間的最佳使用時(shí)仍然是必需的。這意味著對(duì)于保守的機(jī)動(dòng)，基于簡(jiǎn)單幾何的障礙表示就足夠了但是對(duì)于動(dòng)態(tài)和利用全空間，復(fù)雜幾何形狀的侵略性演習(xí)是必要的。“

研究人員在Gazebo平臺(tái)的模擬中評(píng)估了他們的方法，使用ROS與平面航空機(jī)器人和非完整輪式機(jī)器人; 在交叉狀態(tài)和非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中。他們的算法能夠在受約束的環(huán)境中有效地生成平滑軌跡，避免機(jī)器人之間的碰撞。

“我們希望將這個(gè)算法擴(kuò)展到3-D，增加一個(gè)維度，”進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一Vijay Arvindh B告訴TechXplore。“我們目前正在研究需要修復(fù)的缺陷，以便在3D中評(píng)估算法。”