Maze-like environments, such as cave and pipe networks, pose unique challenges for multiple robots to coordinate, including communication constraints and congestion. To address these challenges, we propose a distributed multi-agent maze traversal algorithm for environments that can be represented by acyclic graphs. It uses a leader-switching mechanism where one agent, assuming a head role, employs any single-agent maze solver while the other agents each choose an agent to follow. The head role gets transferred to neighboring agents where necessary, ensuring it follows the same path as a single agent would. The multi-agent maze traversal algorithm is evaluated in simulations with groups of up to 300 agents, various maze sizes, and multiple single-agent maze solvers. It is compared against strategies that are na\"ive, or assume either global communication or full knowledge of the environment. The algorithm outperforms the na\"ive strategy in terms of makespan and sum-of-fuel. It is superior to the global-communication strategy in terms of makespan but is inferior to it in terms of sum-of-fuel. The findings suggest it is asymptotically equivalent to the full-knowledge strategy with respect to either metric. Moreover, real-world experiments with up to 20 Pi-puck robots confirm the feasibility of the approach.


翻译:迷宫式环境,如洞穴和管道网络,对多机器人协调提出了独特挑战,包括通信限制和拥堵问题。为应对这些挑战,我们提出了一种适用于可表示为无环图环境的分布式多智能体迷宫遍历算法。该算法采用领导者切换机制:一个智能体担任头部角色,使用任意单智能体迷宫求解器,而其他智能体各自选择一个跟随对象。头部角色在必要时会转移给相邻智能体,确保其遵循与单智能体相同的路径。该多智能体迷宫遍历算法在仿真中进行了评估,涉及多达300个智能体组、不同迷宫尺寸及多种单智能体迷宫求解器。算法与以下策略进行了对比:朴素策略、假设全局通信的策略以及假设完全环境知识的策略。在总完成时间和总能耗指标上,该算法优于朴素策略;在总完成时间上优于全局通信策略,但在总能耗上逊于后者。研究结果表明,就任一指标而言,该算法与完全知识策略渐近等价。此外,使用多达20个Pi-puck机器人的真实世界实验验证了该方法的可行性。

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