In multi-robot multi-target tracking, robots coordinate to monitor groups of targets moving about an environment. We approach planning for such scenarios by formulating a receding-horizon, multi-robot sensing problem with a mutual information objective. Such problems are NP-Hard in general. Yet, our objective is submodular which enables certain greedy planners to guarantee constant-factor suboptimality. However, these greedy planners require robots to plan their actions in sequence, one robot at a time, so planning time is at least proportional to the number of robots. Solving these problems becomes intractable for large teams, even for distributed implementations. Our prior work proposed a distributed planner (RSP) which reduces this number of sequential steps to a constant, even for large numbers of robots, by allowing robots to plan in parallel while ignoring some of each others' decisions. Although that analysis is not applicable to target tracking, we prove a similar guarantee, that RSP planning approaches performance guarantees for fully sequential planners, by employing a novel bound which takes advantage of the independence of target motions to quantify effective redundancy between robots' observations and actions. Further, we present analysis that explicitly accounts for features of practical implementations including approximations to the objective and anytime planning. Simulation results -- available via open source release -- for target tracking with ranging sensors demonstrate that our planners consistently approach the performance of sequential planning (in terms of position uncertainty) given only 2--8 planning steps and for as many as 96 robots with a 24x reduction in the number of sequential steps in planning. Thus, this work makes planning for multi-robot target tracking tractable at much larger scales than before, for practical planners and general tracking problems.


翻译:在多机器人多目标追踪中,机器人协调以监测在环境上移动的目标组。我们通过制定一个相互信息目标来规划此类情景。这些问题一般是NP-Hard。然而,我们的目标是子模式,使某些贪婪的规划者能够保证常态因素亚优性。然而,这些贪婪的规划者要求机器人按顺序规划其行动,一个机器人一次,因此规划时间至少与机器人的数量成比例。解决这些问题对于大型团队来说变得难以解决,甚至对于分布式执行来说也是如此。我们先前的工作提出一个分布式规划员(RSP),将这一连续步骤的数量减少到一个不变,即使对于大量机器人来说也是如此。我们的目标是让某些贪婪的规划者同时规划,同时忽略其它每个人的决定。尽管这种分析不适用于目标跟踪,但我们也证明,RSP的规划规划者规划方法只能以完全顺序规划者的方式(通过使用新式的跟踪,利用目标动作的独立性来量化机器人在实际观察和行动上的有效冗余,同时通过Simalalalalalal 进行排序。我们明确地分析,从源到持续地显示执行结果,作为连续的源。

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