We tackle the challenging problem of multi-agent cooperative motion planning for complex tasks described using signal temporal logic (STL), where robots can have nonlinear and nonholonomic dynamics. Existing methods in multi-agent motion planning, especially those based on discrete abstractions and model predictive control (MPC), suffer from limited scalability with respect to the complexity of the task, the size of the workspace, and the planning horizon. We present a method based on {\em timed waypoints\/} to address this issue. We show that timed waypoints can help abstract nonlinear behaviors of the system as safety envelopes around the reference path defined by those waypoints. Then the search for waypoints satisfying the STL specifications can be inductively encoded as a mixed-integer linear program. The agents following the synthesized timed waypoints have their tasks automatically allocated, and are guaranteed to satisfy the STL specifications while avoiding collisions. We evaluate the algorithm on a wide variety of benchmarks. Results show that it supports multi-agent planning from complex specification over long planning horizons, and significantly outperforms state-of-the-art abstraction-based and MPC-based motion planning methods. The implementation is available at https://github.com/sundw2014/STLPlanning.


翻译:我们解决了使用信号时间逻辑(STL)描述的复杂任务的多剂合作性运动规划这一具有挑战性的问题,即机器人可以拥有非线性和非线性动态。多剂运动规划的现有方法,特别是基于离散抽象和模型预测控制(MPC)的现有方法,在任务的复杂性、工作空间的大小和规划视野方面都存在有限的可缩放性。我们提出了一个基于时间定路点/}的方法来解决这一问题。我们展示了时间定路点可以帮助系统抽象的非线性行为,作为这些路径所定义的参考路径周围的安全信封。然后,对满足STL规格的路径点的搜索可以被诱导成混合内线性程序。在综合时间定路点之后的代理人可以自动分配任务,并且保证在避免碰撞的情况下满足STL规格。我们用多种基准来评估算法。结果显示,它支持基于长期规划视野的复杂多剂规划规划,并且大大超出MLML/Prestical-productions。

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