Safe multi-agent motion planning (MAMP) under task-induced constraints is a critical challenge in robotics. Many real-world scenarios require robots to navigate dynamic environments while adhering to manifold constraints imposed by tasks. For example, service robots must carry cups upright while avoiding collisions with humans or other robots. Despite recent advances in decentralized MAMP for high-dimensional systems, incorporating manifold constraints remains difficult. To address this, we propose a manifold-constrained Hamilton-Jacobi reachability (HJR) learning framework for decentralized MAMP. Our method solves HJR problems under manifold constraints to capture task-aware safety conditions, which are then integrated into a decentralized trajectory optimization planner. This enables robots to generate motion plans that are both safe and task-feasible without requiring assumptions about other agents' policies. Our approach generalizes across diverse manifold-constrained tasks and scales effectively to high-dimensional multi-agent manipulation problems. Experiments show that our method outperforms existing constrained motion planners and operates at speeds suitable for real-world applications. Video demonstrations are available at https://youtu.be/RYcEHMnPTH8 .


翻译:任务诱导约束下的安全多智能体运动规划(MAMP)是机器人学中的关键挑战。许多现实场景要求机器人在动态环境中导航,同时遵守任务施加的流形约束。例如,服务机器人必须保持杯子直立,同时避免与人类或其他机器人发生碰撞。尽管去中心化MAMP在高维系统中已取得进展,但融入流形约束仍具挑战性。为此,我们提出一种流形约束下的哈密顿-雅可比可达性(HJR)学习框架用于去中心化MAMP。该方法求解流形约束下的HJR问题以捕获任务感知的安全条件,随后将其集成至去中心化轨迹优化规划器中。这使得机器人能够生成既安全又符合任务可行性的运动规划,且无需假设其他智能体的策略。我们的方法可泛化至多种流形约束任务,并能有效扩展至高维多智能体操作问题。实验表明,该方法优于现有约束运动规划器,且运行速度适用于实际应用。视频演示详见 https://youtu.be/RYcEHMnPTH8 。

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