Online collision-free trajectory generation within a shared workspace is fundamental for most multi-robot applications. However, many widely-used methods based on model predictive control (MPC) lack theoretical guarantees on the feasibility of underlying optimization. Furthermore, when applied in a distributed manner without a central coordinator, deadlocks often occur where several robots block each other indefinitely. Whereas heuristic methods such as introducing random perturbations exist, no profound analyses are given to validate these measures. Towards this end, we propose a systematic method called infinite-horizon model predictive control with deadlock resolution. The MPC is formulated as a convex optimization over the proposed modified buffered Voronoi with warning band. Based on this formulation, the condition of deadlocks is formally analyzed and proven to be analogous to a force equilibrium. A detection-resolution scheme is proposed, which can effectively detect deadlocks online before they even happen. Once detected, it utilizes an adaptive resolution scheme to resolve deadlocks, under which no stable deadlocks can exist under minor conditions. In addition, the proposed planning algorithm ensures recursive feasibility of the underlying optimization at each time step under both input and model constraints, is concurrent for all robots and requires only local communication. Comprehensive simulation and experiment studies are conducted over large-scale multi-robot systems. Significant improvements on success rate are reported, in comparison with other state-of-the-art methods and especially in crowded and high-speed scenarios.


翻译:在一个共享的工作空间内,在共享的工作空间内产生在线无碰撞轨迹是大多数多机器人应用的基础。然而,基于模型预测控制(MPC)的许多广泛使用的方法缺乏对基本优化可行性的理论保障。此外,如果在没有中央协调者的情况下以分布方式应用,在几个机器人彼此无限期地阻隔的情况下,往往会出现僵局。虽然存在采用随机扰动等超常方法,但没有深入分析来验证这些措施。为此,我们提出一种系统化方法,称为无限偏松模型模型预测控制,以打破僵局。根据模型预测控制(MPC),许多广泛使用的方法在模型预测控制(MPC)的基础上缺乏对基本优化基本优化的理论性保障。基于这一提法,对僵局的状况进行正式分析,并证明与武力平衡类似。提出检测解析办法,可以有效地在甚至发生之前在网上发现僵局,但是一旦发现,它就利用适应性解决方案来解决僵局,在较小的条件下无法出现稳定的僵局。此外,拟议的规划算法确保每个时间步骤在经过修改的经缓冲的缓冲Vornoiooi和警告带带带。根据这种提法,对僵局进行正式分析,对僵局进行条件的僵局进行条件进行与大规模试验,同时进行试验,同时进行的研究需要进行大规模试验,并且进行大规模试验和进行重大试验,在试验,在试验的机械和模型和模型式试验,进行大规模的试验,进行大规模的试验,进行大规模的试验率研究需要进行重大的系统进行重大的改进。</s>

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