成群的机器人避免碰撞,交通拥堵

为了使自动驾驶汽车成为日常生活,他们需要安全无误地相互导航,而不会撞车或造成不必要的交通拥堵。

为了帮助实现这一目标,西北大学的研究人员开发了第一种具有无冲突,无死锁保证的分散算法。

研究人员在模拟1,024个机器人以及在实验室中由100个真实机器人组成的群体中测试了该算法。机器人可以在不到一分钟的时间内可靠,安全,高效地收敛以形成预定形状。

“如果您在路上有许多自动驾驶汽车,您不希望它们彼此碰撞或陷入僵局,”西北航空的 迈克尔·鲁宾斯坦,谁领导了这项研究。 “通过了解如何控制群体机器人来形成形状,我们可以了解如何控制自动驾驶车队之间的相互作用。”

该论文将在本月晚些时候发表在《 IEEE Transactions on Robotics》杂志上。鲁宾斯坦是西北地区计算机科学与机械工程系的莉萨·维斯纳·斯利夫卡(Lisa Wissner-Slivka)和本杰明·斯利夫卡(Benjamin Slivka)教授 麦考密克工程学院。他’也是西北航空的成员’s 机器人与生物系统中心.

与一台大型机器人或一台带有领先机器人的机器人相比,一群小型机器人的优点是缺少集中控制,而集中控制很快就会成为故障的中心。鲁宾斯坦(Rubenstein)的分散算法可起到故障保护作用。

鲁宾斯坦说:“如果系统是集中式的,并且机器人停止工作,那么整个系统就会失效。” “在分散式系统中,没有领导者告诉其他所有机器人该怎么做。每个机器人都会做出自己的决定。如果一个机器人出现虫群失败,虫群仍然可以完成任务。”

尽管如此,机器人仍需要协调以避免碰撞和死锁。为此,该算法将机器人下方的地面视为网格。通过使用类似于GPS的技术,每个机器人都可以知道它在网格上的位置。

在决定移动位置之前,每个机器人都使用传感器与邻居进行通讯,以确定网格中附近的空间是否空闲或有人居住。

鲁宾斯坦说:“机器人会拒绝移动到某个地点,直到该地点是免费的,直到他们知道没有其他机器人会移动到该地点为止。” “他们很小心,并提前预留了空间。”

即使进行了所有这些仔细的协调,机器人仍然能够进行通信并快速移动以形成形状。鲁宾斯坦通过保持机器人近视来实现这一目标。

鲁宾斯坦解释说:“每个机器人只能感应到其近邻中的三个或四个。” “他们看不到整个群,这使得扩展系统变得更加容易。机器人在本地互动,无需全局信息即可做出决策。”

例如,在鲁宾斯坦(Rubenstein)的蜂群中,一分钟内有100个机器人可以协调形成一个形状。在以前的一些方法中,可能需要一个小时的时间。鲁宾斯坦(Rubenstein)认为,他的算法可用于无人驾驶汽车车队和自动仓库中。

他说:“大型公司的仓库中有数百台机器人,它们的任务类似于我们的机器人在实验室中的工作。” “他们需要确保机器人不会碰撞,但必须尽快移动,直到到达最终将物体交给人类的地步。”



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