Collision-free trajectory generation within a shared workspace is fundamental for most multi-robot applications. However, despite of their versatility, 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, deadlocks often occur where several robots block each other indefinitely without resolution. Towards this end, we propose a systematic method called infinite-horizon model predictive control with deadlock resolution (IMPC-DR). It can provably ensure recursive feasibility and effectively resolve deadlocks online in addition to the handling of input and model constraints. The method is based on formulating a convex optimization over the proposed modified buffered Voronoi cells in each planning horizon. Moreover, it is fully distributed and requires only local inter-robot communication. Comprehensive simulation and experiment studies are conducted over large-scale multi-robot systems. Significant improvements of both feasibility and success rate are shown, 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产生无相撞轨迹对于多数多机器人应用至关重要,然而,尽管这种方法具有多功能性,但许多基于模型预测控制(MPC)的广泛使用方法缺乏对基本优化可行性的理论保障;此外,如果以分布式方式应用,在几个机器人彼此无限期地隔绝而无解的情况下,往往会出现僵局;为此,我们提出了一个称为无穷无孔模型的预测控制并解决僵局的系统方法(IMPC-DR);除了处理输入和模型限制外,还可以确保重复的可行性并有效解决网上僵局;这种方法的基础是在每个规划地平线上对拟议的经修改的缓冲Voronoi细胞进行盘式优化;此外,该方法还完全分布在分布上,仅需要局部的机器人间通信;对大型多机器人系统进行全面模拟和实验研究;与其他最先进的方法相比,特别是在拥挤和高速情景下,显示可行性和成功率都有重大改进。

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