In multi-robot motion planning (MRMP) the aim is to plan the motion of several robots operating in a common workspace, while avoiding collisions with obstacles or with fellow robots. The main contribution of this paper is a simple construction that serves as a lower bound for the computational cost of a variety of prevalent MRMP problems. In particular we show that optimal decoupling of multi-robot motion -- decoupling being a standard approach to practically addressing MRMP -- is NP-hard. The basic problem for which we present our construction is monotone MRMP, a restricted and natural MRMP variant, where robots move one by one to their targets with no intermediate stops. Observing the hardness of these restricted versions of MRMP is significant as it guides the search for efficient solutions towards techniques that can cope with intractable problems. Furthermore, our construction highlights structural properties of difficult instances, such as the need of robots to pass through many start and target positions of other robots. These insights can lead to useful problem relaxations resulting in efficient solutions and to suitable engineering of workspaces.


翻译:在多机器人运动规划(MRMP)中,目标是规划在共同工作空间运行的若干机器人的运动,同时避免与障碍或其他机器人相撞。本文件的主要贡献是简单的构造,可以降低各种常见的MRMP问题的计算成本。我们尤其表明,多机器人运动的最佳脱钩 -- -- 脱钩是实际解决MRMP的标准方法 -- -- 是硬的NP。我们提出的基本问题是单调MRMP,一种限制和自然的MRMP变异,机器人将一个一个一个一个一个一个一个一个一个一个到他们的目标,而没有中间站。观察这些MRMP的硬性是十分重要的,因为它指导着寻找有效的解决办法,找到能够应付棘手问题的技术。此外,我们的构造突出了困难的结构性特性,例如机器人需要通过其他机器人的许多起始位置和目标位置。这些洞察力可能导致有用的问题缓解,从而导致有效的解决办法和适当的工作空间工程工程。

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