This paper proposes a novel swarm-based control algorithm for exploration and coverage of unknown environments, while maintaining a formation that permits short-range communication. The algorithm combines two elements: swarm rules for maintaining a close-knit formation and frontier search for driving exploration and coverage. Inspired by natural systems in which large numbers of simple agents (e.g., schooling fish, flocking birds, swarming insects) perform complicated collective behaviors for efficiency and safety, the first element uses three simple rules to maintain a swarm formation. The second element provides a means to select promising regions to explore (and cover) by minimising a cost function involving robots' relative distance to frontier cells and the frontier's size. We tested the performance of our approach on heterogeneous and homogeneous groups of mobile robots in different environments. We measure both coverage performance and swarm formation statistics as indicators of the robots' ability to explore effectively while maintaining a formation conducive to short-range communication. Through a series of comparison experiments, we demonstrate that our proposed strategy has superior performance to recently presented map coverage methodologies and conventional swarming methods.


翻译:本文提出一个新的群落控制算法,用于探索和覆盖未知环境,同时保持一种允许短距离通信的形态。算法结合了两个要素:保持近距离形成和前沿搜索以进行探索和覆盖的群落规则。受自然系统启发,在自然系统中,大量简单物剂(例如,养鱼、鸟群、繁殖昆虫)在效率和安全方面表现出复杂的集体行为。第一个要素使用三个简单规则来维持群落形成。第二个要素提供了一种手段,通过尽可能减少机器人相对距离前沿细胞和前沿大小的成本功能,选择有前途的勘探(和覆盖)区域。我们测试了不同环境中混合和同质流动机器人组别的方法的性能。我们测量覆盖性能和群落成统计数据,作为机器人有效探索能力的指标,同时保持有利于短距离通信的形成。通过一系列比较实验,我们证明我们拟议的战略的性能优于最近提出的地图覆盖方法和常规升温方法。

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