This paper considers the problem of planning trajectories for a team of sensor-equipped robots to reduce uncertainty about a dynamical process. Optimizing the trade-off between information gain and energy cost (e.g., control effort, distance travelled) is desirable but leads to a non-monotone objective function in the set of robot trajectories. Therefore, common multi-robot planning algorithms based on techniques such as coordinate descent lose their performance guarantees. Methods based on local search provide performance guarantees for optimizing a non-monotone submodular function, but require access to all robots' trajectories, making it not suitable for distributed execution. This work proposes a distributed planning approach based on local search and shows how lazy/greedy methods can be adopted to reduce the computation and communication of the approach. We demonstrate the efficacy of the proposed method by coordinating robot teams composed of both ground and aerial vehicles with different sensing/control profiles and evaluate the algorithm's performance in two target tracking scenarios. Compared to the naive distributed execution of local search, our approach saves up to 60% communication and 80--92% computation on average when coordinating up to 10 robots, while outperforming the coordinate descent based algorithm in achieving a desirable trade-off between sensing and energy cost.


翻译:本文审议了为一组具有传感器装置的机器人规划轨道以减少动态过程不确定性的问题。优化信息增益与能源成本(例如控制努力、距离旅行)之间的取舍是可取的,但会导致一套机器人轨迹中的非单体目标功能。因此,基于协调下降等技术的共同多机器人规划算法失去了其性能保障。基于当地搜索的方法为优化非单体子模块功能提供了性能保障,但需要访问所有机器人的轨迹,使其不适合分布式执行。这项工作提出了基于当地搜索的分布式规划方法,并展示了如何采用懒惰/基因方法来减少该方法的计算和通信。我们通过协调由地面和空中飞行器组成的、具有不同感测/控制剖面的机器人小组,并评估两种目标跟踪情景中的算法性能。与天分的本地搜索相比,我们的方法节省了多达60%的通信轨迹,而80-greed 方法则在平均成本和10-92%的递增率计算方法之间,同时协调了10-92%的递增率。

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