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Distributed Multi-Robot Information Gathering under Spatio-Temporal Inter-Robot Constraints

Viseras, Alberto und Xu, Zhe und Merino, Luis (2020) Distributed Multi-Robot Information Gathering under Spatio-Temporal Inter-Robot Constraints. Sensors. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/s20020484. ISSN 1424-8220.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Kurzfassung

Information gathering (IG) algorithms aim to intelligently select the mobile robotic sensor actions required to efficiently obtain an accurate reconstruction of a physical process, such as an occupancy map, a wind field, or a magnetic field. Recently, multiple IG algorithms that benefit from multi-robot cooperation have been proposed in the literature. Most of these algorithms employ discretization of the state and action spaces, which makes them computationally intractable for robotic systems with complex dynamics. Moreover, they cannot deal with inter-robot restrictions such as collision avoidance or communication constraints. This paper presents a novel approach for multi-robot information gathering (MR-IG) that tackles the two aforementioned restrictions: (i) discretization of robot's state space, and (ii) dealing with inter-robot constraints. Here we propose an algorithm that employs: (i) an underlying model of the physical process of interest, (ii) sampling-based planners to plan paths in a continuous domain, and (iii) a distributed decision-making algorithm to enable multi-robot coordination. In particular, we use the max-sum algorithm for distributed decision-making by defining an information-theoretic utility function. This function maximizes IG, while fulfilling inter-robot communication and collision avoidance constraints. We validate our proposed approach in simulations, and in a field experiment where three quadcopters explore a simulated wind field. Results demonstrate the effectiveness and scalability with respect to the number of robots of our approach.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/133566/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Distributed Multi-Robot Information Gathering under Spatio-Temporal Inter-Robot Constraints
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Viseras, AlbertoAlberto.ViserasRuiz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5219-6533NICHT SPEZIFIZIERT
Xu, Zhez.xu (at) acfr.usyd.edu.auNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Merino, Luislmercab (at) upo.esNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Januar 2020
Erschienen in:Sensors
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.3390/s20020484
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:1424-8220
Status:veröffentlicht
Stichwörter:robotics; distributed multi-agent systems; information gathering; Gaussian processes
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation und Navigation
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KN - Kommunikation und Navigation
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben GNSS2/Neue Dienste und Produkte (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation > Nachrichtensysteme
Hinterlegt von: Viseras Ruiz, Alberto
Hinterlegt am:15 Jan 2020 12:40
Letzte Änderung:25 Okt 2023 08:53

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