In this paper, we consider the problem of protecting a high-value area from being breached by sheep agents by crafting motions for dog robots. We use control barrier functions to pose constraints on the dogs' velocities that induce repulsion in the sheep relative to the high-value area. This paper extends the results developed in our prior work on the same topic in three ways. Firstly, we implement and validate our previously developed centralized herding algorithm on many robots. We show herding of up to five sheep agents using three dog robots. Secondly, as an extension to the centralized approach, we develop two distributed herding algorithms, one favoring feasibility while the other favoring optimality. In the first algorithm, we allocate a unique sheep to a unique dog, making that dog responsible for herding its allocated sheep away from the protected zone. We provide feasibility proof for this approach, along with numerical simulations. In the second algorithm, we develop an iterative distributed reformulation of the centralized algorithm, which inherits the optimality (i.e. budget efficiency) from the centralized approach. Lastly, we conduct real-world experiments of these distributed algorithms and demonstrate herding of up to five sheep agents using five dog robots.


翻译:在本文中,我们考虑如何通过为狗机器人设计动作来保护一个高价值地区不被羊剂破坏的问题。 我们使用控制屏障功能来限制狗在高价值地区引起羊群排挤的速度。 本文以三种方式扩展了我们以前就同一主题开展的工作中得出的结果。 首先, 我们在许多机器人上实施并验证我们以前开发的集中放牧算法。 我们用三个狗机器人来显示多达五个羊剂的放牧。 其次, 作为集中方法的延伸, 我们开发了两个分布式放牧算法, 一个偏向可行性, 而另一个偏向最佳性。 在第一个算法中, 我们为一只独特的狗分配了一只独特的羊, 使狗负责将分配的羊从保护区赶走。 我们为这种方法提供了可行性证明, 以及数字模拟。 在第二个算法中, 我们开发了中央算法的迭代分布式重新组合法, 从集中方法中继承了最佳性(即预算效率) 。 最后, 我们对这些分布式算法进行现实世界的实验, 并用五只羊剂向五只迷。</s>

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