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Large-Scale Multirobot Coverage Path Planning on Grids With Path Deconfliction

Created by
  • Haebom

저자

Jingtao Tang, Zining Mao, Hang Ma

개요

본 논문은 다중 로봇 면적 탐색 경로 계획(MCPP) 문제를 4-neighbor 2D 그리드에서 해결하는 새로운 방법을 제시합니다. 기존 방법들은 쿼드런트 조정 그리드에서 탐색 트리를 먼저 계산하고 스패닝 트리 탐색(STC) 패러다임을 사용하여 경로를 생성하는 방식으로, 부분적으로 막힌 2x2 블록이 있는 그리드에는 적용할 수 없다는 한계를 가지고 있습니다. 본 논문에서는 문제를 직접 그리드 상에서 재정의하여, 부분적으로 막힌 블록이 있는 그리드에서도 완전한 탐색을 보장하는 확장된 STC(ESTC) 패러다임을 제안합니다. 또한, ESTC와 세 가지 새로운 이웃 연산자를 지역 탐색 전략에 통합한 새로운 알고리즘 프레임워크 LS-MCPP를 제시합니다. 마지막으로, 다중 에이전트 경로 탐색(MAPF) 기법을 MCPP에 처음으로 적용하는 다용도 후처리 절차를 통합하여 로봇 간 충돌을 해결하고 회전 비용을 고려하여 실제 적용 가능성을 높였습니다. 실험 결과, 최대 100대의 로봇과 256x256 크기의 그리드에서도 수 분 내에 솔루션을 생성하며, 실제 로봇을 이용한 검증을 통해 실제 환경에서의 실행 가능성을 확인했습니다.

시사점, 한계점

시사점:
부분적으로 막힌 블록이 있는 그리드에서도 적용 가능한 새로운 MCPP 해결 방법 제시.
ESTC 패러다임을 통해 완전한 탐색과 제한된 비최적성을 보장.
LS-MCPP 알고리즘 프레임워크를 통해 솔루션의 질과 효율성 향상.
MAPF 기법을 통합하여 로봇 간 충돌 해결 및 회전 비용 고려.
실제 로봇을 이용한 검증을 통해 실제 환경 적용 가능성 확인.
대규모 그리드 및 다수의 로봇에 대한 효율적인 솔루션 제공.
한계점:
제안된 알고리즘의 최적성 보장 여부에 대한 추가적인 분석 필요.
다양한 환경 및 장애물 형태에 대한 로버스트니스(Robustness) 평가 필요.
MAPF 통합 과정의 계산 복잡도 분석 및 개선 필요.
실험 환경의 제한으로 인한 일반화 가능성에 대한 추가 검증 필요.
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