In mobile robotics, area exploration and coverage are critical capabilities. In most of the available research, a common assumption is global, long-range communication and centralised cooperation. This paper proposes a novel swarm-based coverage control algorithm that relaxes these assumptions. The algorithm combines two elements: swarm rules and frontier search algorithms. Inspired by natural systems in which large numbers of simple agents (e.g., schooling fish, flocking birds, swarming insects) perform complicated collective behaviors, the first element uses three simple rules to maintain a swarm formation in a distributed manner. The second element provides means to select promising regions to explore (and cover) using the minimization of a cost function involving the agent's relative position to the frontier cells and the frontier's size. We tested our approach's performance on both heterogeneous and homogeneous groups of mobile robots in different environments. We measure both coverage performance and swarm formation statistics that permit the group to maintain communication. Through a series of comparison experiments, we demonstrate the proposed strategy has superior performance over recently presented map coverage methodologies and the conventional artificial potential field based on a percentage of cell-coverage, turnaround, and safe paths while maintaining a formation that permits short-range communication.


翻译:在移动机器人中,地区探索和覆盖是关键能力。在大多数现有研究中,一个共同的假设是全球、长距离通信和集中合作。本文件提出一个新的基于群群的覆盖控制算法,以放松这些假设。算法结合了两个要素:群规则和前沿搜索算法。受自然系统的启发,在自然系统中,大量简单物剂(例如,就学鱼、鸟群、繁殖昆虫)具有复杂的集体行为,第一个要素使用三个简单规则,以分布方式维持群落形成。第二个要素提供手段,选择有前景的区域进行(和覆盖)探索(和覆盖),利用最小化的成本功能,涉及代理人与前沿细胞和边界面积的相对位置。我们测试了我们的方法在不同环境中的移动机器人的多种族和同质组的性表现。我们测量了覆盖性表现和群落形成统计数据,使该团体得以保持通信。通过一系列比较实验,我们证明拟议战略的绩效优于最近推出的地图覆盖方法和基于细胞覆盖比例的常规人工潜力字段。我们测试了一种短距离的通信,同时保持了定位。

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