We propose a distributed control algorithm for a multi-agent network whose agents deploy over a cluttered region in accordance with a time-varying coverage density function while avoiding collisions with all obstacles they encounter. Our algorithm is built on a two-level characterization of the network. The first level treats the multi-agent network as a whole based on the distribution of the locations of its agents over the spatial domain. In the second level, the network is described in terms of the individual positions of its agents. The aim of the multi-agent network is to attain a spatial distribution that resembles that of a reference coverage density function (high-level problem) by means of local (microscopic) interactions of its agents (low-level problem). In addition, as the agents deploy, they must avoid collisions with all the obstacles in the region at all times. Our approach utilizes a modified version of Voronoi tessellations which are comprised of what we refer to as Obstacle-Aware Voronoi Cells (OAVC) in order to enable coverage control while ensuring obstacle avoidance. We consider two control problems. The first problem which we refer to as the high-level coverage control problem corresponds to an interpolation problem in the class of Gaussian mixtures (no collision avoidance requirement), which we solve analytically. The second problem which we refer to as the low-level coverage control problem corresponds to a distributed control problem (collision avoidance requirement is now enforced at all times) which is solved by utilizing Lloyd's algorithm together with the modified Voronoi tessellation (OAVC) and a time-varying coverage density function which corresponds to the solution of the high-level coverage control problem. Finally, simulation results for coverage in a cluttered environment are provided to demonstrate the efficacy of the proposed approach.


翻译:我们建议对多试剂网络进行分布式控制算法,其代理商根据时间变化的覆盖密度功能在一片混乱的区域部署,同时避免与其遇到的所有障碍发生碰撞。我们的算法建立在对网络的两层特征的基础之上。第一层根据其代理商在空间域上的位置分布,将多试剂网络作为一个整体对待。在第二层次,该网络以其代理商的个别位置来描述。多试剂网络的目的是通过其代理商的本地(微生物密度)互动(高层次问题)实现类似于参考覆盖密度函数(高层次问题)的空间分布法。此外,随着代理商的部署,它们必须避免与该区域所有障碍发生碰撞。我们的方法使用一个修改版的Voronooi 电子螺旋,它由我们所说的Obstacle Award Vornoi Cell(OVoroniooi C) 细胞(OVAVAVC) 的单个分布式分布式分布式分布式分布式分析, 由我们所说的高层次控制问题组成。我们考虑两个控制级控制范围的控制范围,最后一个问题是高层次,我们所说的高层次的计算式分析, 也就是 直置一个我们说, 问题是高层次控制, 直值 直压式 问题,一个我们说, 直调调调调调调 问题。

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