Hierarchical Trajectory (Re)Planning for a Large Scale Swarm
Brown University(布朗大学)
针对杂乱环境中大规模集群的轨迹重规划问题,提出一种结合集中式与去中心化优势的分层路径规划方法,通过划分工作空间并行计算无碰撞路径并进行分布式轨迹优化以避免死锁,在仿真和物理实验中实现了高任务成功率的实时重规划。
2025-01-28 cs.RO
Hierarchical Control Strategy for Moving A Robot Manipulator Between Small Containers
University of Washington(华盛顿大学)
在本文中,我们研究了在高度不确定的环境中(例如,从密集包装的箱的半柔性阵列中拾取物体)。作为一种实时的感知驱动反馈控制器,MPC对这种环境中的不确定性具有鲁棒性。然而,我们的实验表明,MPC不能控制机器人完成一系列的运动在严重闭塞的环境中,由于其近视的性质。它将受益于添加自适应地调整MPC的优化问题的高级策略。
2022-11-28 cs.RO cs.SY eess.SY
Decentralized Multi-Robot Relative Navigation in Unknown, Structurally Constrained Environments under Limited Communication
School of Automation, Beijing Institute of Technology(自动化学院,北京理工大学)
针对未知受限环境下通信受限的多机器人导航,提出去中心化分层相对导航框架,通过拓扑地图交换实现全局感知,结合采样逃逸点策略解决局部冲突,显著提升成功率与效率。
2025-10-10 cs.MA cs.RO
CALM: Decentralized Control of Cooperative Aerial Manipulation with Multi-Agent Reinforcement Learning
Politecnico di Torino(都灵理工大学)
针对风扰等场景下多无人机协同空中操作的耦合难题,提出基于 MAPPO 的 CALM 分散式控制器,结合多模块估计与前馈机制,在轨迹测试及信息退化场景下均优于多数基线控制器。
2026-10-30 cs.MA cs.RO
SAFE-TAXI: A Hierarchical Multi-UAS Safe Auto-Taxiing Framework with Runtime Safety Assurance and Conflict Resolution
Purdue University(普渡大学);School of Aeronautics and Astronautics(航空航天学院);Polytechnic Institute(理工学院)
本文提出SAFE-TAXI分层框架,结合集中式时空冲突消解与分散式MPC-CBF控制,解决多无人机自动滑行中的侧风扰动、障碍物入侵和交叉口冲突问题,并通过仿真与Night Vapor平台实验验证其有效性。
2025-03-06 cs.RO
Decentralized Control of Quadrotor Swarms with End-to-end Deep Reinforcement Learning
University of Southern California(南加州大学)
我们展示了学习无人机群控制器的可能性,这些控制器可以通过大规模多智能体端到端强化学习zero-shot转移到真正的四旋翼。我们训练由神经网络参数化的训练策略,这些神经网络能够以完全分散的方式控制群中的单个无人机。我们的策略在具有逼真四旋翼物理学的模拟环境中进行了训练,展示了先进的群集行为,在紧密编队中执行攻击性机动,同时避免相互碰撞,打破和重新建立编队以避免与移动障碍物碰撞,并有效地协调追捕-规避任务。我们分析,在模拟中,不同的模型架构和参数的训练制度如何影响神经群的最终性能。我们展示了成功部署的模型学习模拟高度资源受限的物理四旋翼执行站保持和目标交换行为。代码和视频演示可在项目网站https://sites.google.com/view/swarm-rl上获得。
2021-11-20 cs.RO
RACER: Rapid Collaborative Exploration with a Decentralized Multi-UAV System
Hong Kong University of Science and Technology(香港科技大学)
尽管多架无人机(UAV)的使用在快速自主探索方面具有巨大的潜力,但它受到的关注太少了。在本文中,我们提出了RACER,一个快速的协作探索方法,使用分散的无人机舰队。为了有效地调度无人机,一个成对的互动的基础上在线hgrid空间分解。它确保所有无人机同时探索不同的区域,只使用异步和有限的通信。此外,我们优化未知空间的覆盖路径,并平衡分配给每个无人机的工作量与容量限制车辆路径问题(CVRP)制定。给定任务分配,每个无人机不断更新覆盖路径,并逐步提取关键信息,以支持勘探规划。分层规划器依次发现探索路径、细化局部视点和生成最短时间轨迹,以实现对未知空间的灵活、安全探索。实验结果表明,该方法具有较高的探测效率、可扩展性和对有限通信的鲁棒性.此外,我们第一次在现实世界中实现了与多个无人机的完全分散的协作探索。我们将以开源包的形式发布我们的实现。
2022-09-18 cs.RO
Graph Neural Planning and Predictive Control for Multi-Robot Communication-Constrained Unlabeled Motion Planning
New York University(纽约大学);University of California Berkeley(加州大学伯克利分校)
本文提出一种分层框架,结合图注意力规划器和分布式非线性模型预测控制器,以解决多机器人在通信受限环境下同时分配目标和生成安全轨迹的问题,通过图神经网络方法实现可扩展的去中心化解决方案。
2026-08-05 cs.MA cs.RO
Experimental Evaluation of a Hierarchical Operating Framework for Ground Robots in Agriculture
Australian Centre for Field Robotics(澳大利亚现场机器人中心);University of Sydney(悉尼大学)
为了使移动机器人有效地应用于现实世界的非结构化环境(如大规模农业),它们需要能够生成自适应计划,这些计划既要考虑有限的机载资源,又要考虑动态变化的存在,包括附近移动的个人。这项工作提供了一个真实世界的经验评估,我们提出的分层框架,长期自主的领域机器人,进行悉尼大学的Swagbot农业机器人平台。我们展示了框架以有效的方式导航非结构化和动态环境的能力,验证了其在大规模农业中的长期部署,以及在移动个体存在的情况下自主除草等任务。
2021-05-23 cs.RO
Real-Time Decentralized Navigation of Nonholonomic Agents Using Shifted Yielding Areas
University of North Carolina at Chapel Hill(北卡罗来纳大学教堂山分校);University of Maryland, College Park(马里兰大学帕克分校)
我们提出了一个轻量级的,分散的算法,通过狭窄的通道具有挑战性的环境中导航多个非完整代理。我们的关键思想是允许代理在大的开放区域而不是狭窄的通道中相互让步,以提高传统分散算法的成功率。在预处理时,我们的方法计算自由空间的中轴。然后计算参考轨迹并将其投影到每个代理的中轴上。在运行时间期间,当代理感测到其他代理在相反方向上移动时,我们的算法使用中轴来估计影响点(POI)以及POI周围的可用区域。如果POI周围的区域不够大,不足以让行为成功,我们通过调整智能体的参考轨迹和行驶速度将POI转移到附近的大区域。我们评估我们的方法在一排4个环境中,多达15个机器人,我们发现我们的方法平均产生10-30 ms的边际计算开销,实现实时的【形】性能。之后,可以使用本地导航算法跟踪我们计划的参考轨迹,以实现比单独的本地导航算法高出$100\%$的成功率。
2023-03-16 cs.RO
A Decentralized Multi-Agent Unmanned Aerial System to Search, Pick Up, and Relocate Objects
ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院)
我们提出了一个完全集成的自主多机器人空中系统,用于发现和收集位置未知的运动和静止物体。该任务解决了搜索和救援(SAR)机器人中的多个相关问题,如多智能体空中探测,目标检测和跟踪,以及空中抓取。通常,社区单独处理这些问题,但将其集成到一个工作系统中会产生额外的复杂性,而这些复杂性很少得到解决。我们表明,这个任务可以可靠地解决,只使用简单的组件。我们的分散式系统使用精确的全球状态估计,反应性碰撞避免和扫描规划多智能体探索。使用斑点检测、逆3D投影、卡尔曼滤波、视觉伺服和磁性夹持器来检测、跟踪和拾取对象。我们在真实平台上评估系统的各个组件。整个系统已成功部署在各种公共演示,现场测试和穆罕默德·本·扎耶德国际机器人挑战赛2017(MBZIRC)中。在参赛者中,我们表现出了可靠的表现,并在个人挑战赛中获得了17名选手中的第二名。
2017-09-13 cs.RO
Learning a Decentralized Multi-arm Motion Planner
Columbia University(哥伦比亚大学)
我们提出了一个闭环多臂运动规划,是可扩展的和灵活的团队规模。传统的多臂机器人系统依赖于集中式运动规划器,其运行时间通常随团队规模呈指数级增长,因此无法用开环控制来处理动态环境。在本文中,我们解决这个问题与多智能体强化学习,其中分散的政策是训练控制一个机器人手臂在多臂系统中,以达到其目标末端执行器姿态给定的观察其工作空间状态和目标末端执行器姿态。该策略使用具有来自基于采样的运动规划算法(即,BiRRT)。通过利用经典的规划算法,我们可以提高强化学习算法的学习效率,同时保持神经网络的快速推理时间。由此产生的政策规模次线性,可以部署在多臂系统与可变的团队规模。由于闭环和分散的公式化,我们的方法可以推广到5-10个多臂系统和动态移动目标(10臂系统的成功率>90%),尽管我们只训练了1-4个静态目标的臂规划任务。代码和数据链路可在https://multiarm.cs.columbia.edu上找到。
2020-11-05 cs.AI cs.CV cs.LG
RSC: Decentralized Rigid Formation Flocking for Large-Scale Swarms via Hybrid Predictive Control and Online Reconfiguration
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学)
提出一种分散式控制框架RSC,结合有限时域轨迹预测与反应式人工势场安全控制器,并引入在线领航-跟随重配置机制,在25架无人机杂乱环境中实现83%的编队保持、避障与目标跟踪成功率。
2026-06-02 cs.RO
A Hierarchical Framework for Long-term and Robust Deployment of Field Ground Robots in Large-Scale Farming
Australian Centre for Field Robotics(澳大利亚现场机器人中心);The University of Sydney(悉尼大学)
实现机器人在农场等动态环境中的长期自主运行仍然是一个重大挑战。可以说,实现这一目标最苛刻的因素是船上的资源限制,如能源,在移动的个人,如牲畜和人的存在下进行规划,以及处理未知和起伏的地形。这些考虑要求机器人在其即时行动中具有适应性,以便成功实现长期,资源高效和强大的自主性。为了实现这一目标,我们提出了一个分层的框架,集成了一个长期的目标为基础的规划和先进的运动控制方法的本地动态路径规划,同时考虑到在环境中移动的个人的动态响应。该框架的动机,并综合了我们最近的工作,能源意识的任务规划,在动态环境中的路径规划,滚动时域运动控制。在本文中,我们详细介绍了拟议的框架,并概述了其集成的机器人平台。我们在广泛的模拟试验中评估了该策略,在目标航点之间穿越以完成动态环境中的土壤采样,除草和充电等任务,证明了其在移动个人和障碍物存在的情况下稳健地适应长期任务计划的能力。
2020-06-24 cs.RO
Decentralized Multi-Robot Encirclement of a 3D Target with Guaranteed Collision Avoidance
A. Franchi CNRS, LAAS, 7 Avenue du Colonel Roche, F-31400 Toulouse, France. Univ de Toulouse, LAAS, F-31400 Toulouse, France P. Stegagno Max Planck Institute for Biological Cybernetics, Spemanstra e 38, 72076 T\"ubingen, Germany G. Oriolo Dipartimento di Ingegneria Informatica, Automatica e Gestionale, Sapienza Universit\`a di Roma, Via Ariosto 25, 00185 Roma, Italy
本文提出多机器人系统在三维空间中环绕移动目标的控制框架,提出三种控制策略变体并验证其有效性,同时讨论了保持安全机器人间距离的扩展方案,通过仿真实验验证了该框架的可行性。
2015-06-19 cs.MA cs.RO cs.SY
Risk-aware Safe Control for Decentralized Multi-agent Systems via Dynamic Responsibility Allocation
Carnegie Mellon University(卡内基梅隆大学);University of North Carolina at Charlotte(北卡罗来纳大学夏洛特分校)
针对无全局协调器的去中心化多智能体系统,提出一种基于受CBF启发的风险度量的动态责任分配框架,通过动态分配责任份额开发风险感知安全控制器,在无通信条件下提升系统整体安全性与运动效率。
2023-05-22 cs.AI cs.RO
Multi-Quadruped Cooperative Object Transport: Learning Decentralized Pinch-Lift-Move
Collaborative Robotics and Intelligent Systems Institute (CoRIS)(协作机器人与智能系统研究所)
本研究提出了一种去中心化方法,通过共享策略参数和隐含同步提示实现多足机器人协同运输,无需通信或集中控制。
2026-03-09 cs.RO
Model-based Reinforcement Learning for Decentralized Multiagent Rendezvous
Google Research(谷歌研究院);Stanford University(斯坦福大学)
协作需要代理在运行中调整他们的目标。人类与其他代理人协调目标的能力的基础是他们预测他人意图并积极更新自己计划的能力。我们提出了分层预测规划(HPP),一个基于基于模型的强化学习方法分散多智能体会合。从预先训练的单智能体点对点导航策略开始,并使用激光雷达等嘈杂的高维传感器输入,我们首先通过团队中所有智能体的自我监督运动预测来学习。接下来,HPP使用的预测模型,提出和评估导航子目标,完成会合任务,没有明确的代理之间的通信。我们在一系列看不见的环境中评估HPP,这些环境的复杂性和障碍物的数量都在增加。我们表明,HPP在具有挑战性的、不可见的环境中优于替代的强化学习、路径规划和基于启发式的基线。在现实世界中的实验表明,成功地转移的预测模型从SIM到现实世界中没有任何额外的微调。总而言之,HPP通过结合基于模型的RL和推理方法,使代理能够动态地调整计划,从而消除了多智能体系统中对集中式操作员的需求。
2020-11-09 cs.AI cs.LG cs.MA
CHORUS: Decentralized Multi-Embodiment Collaboration with One VLA Policy
Stanford University(斯坦福大学)
提出CHORUS框架,利用预训练视觉-语言-动作模型的视觉运动先验,实现无需推理时通信的去中心化多机器人协作,在真实实验中显著优于基线。
2026-06-11 cs.AI cs.RO
Decentralized Deep Reinforcement Learning for a Distributed and Adaptive Locomotion Controller of a Hexapod Robot
Bielefeld University(比勒费尔德大学);Leibniz Institute for Neurobiology(莱布尼茨神经生物学研究所);Otto-von-Guericke University(奥托·冯·格里克大学)
运动是动物适应性行为的一个主要例子,生物控制原理启发了足式机器人的控制架构。虽然近年来机器学习已成功应用于许多任务,但深度强化学习方法在应用于连续控制任务中的现实世界机器人时仍然显得很困难,特别是不能作为可以很好地处理不确定性的鲁棒解决方案。因此,有一个新的兴趣,将生物学原理纳入这样的学习架构。虽然在运动控制中发现的层次组织已经取得了一定的成功,我们在这里提出了一个分散的组织,在昆虫运动控制中发现的协调不同的腿。在一个模拟的六足机器人上引入了一种分散和分布式的体系结构,并通过深度强化学习学习控制器的细节。我们首先表明,这样一个并发的本地结构是能够学习更好的行走行为。其次,与整体方法相比,简单的组织学习得更快。
2020-05-21 cs.AI cs.RO stat.ML
Iterated Reasoning with Mutual Information in Cooperative and Byzantine Decentralized Teaming
Georgia Institute of Technology(佐治亚理工学院)
信息共享是建立团队认知的关键,有助于协调和合作。高绩效的人类团队还受益于通过迭代沟通和合理化的层次结构进行战略性行动,这意味着人类代理可以在决策中推理队友的行为。然而,在多智能体强化学习(MARL)的大多数先前的工作不支持迭代合理化,只鼓励智能体通信,导致一个次优的平衡合作策略。在这项工作中,我们表明,重新制定代理的政策是有条件的政策,其相邻的队友固有的最大化互信息(MI)下限时,优化下策略梯度(PG)。有限理性和认知层次理论下的决策思想的基础上,我们表明,我们修改后的PG方法不仅最大限度地提高本地代理人的奖励,但也隐含的原因MI代理之间,而不需要任何明确的ad-hoc正则化条款。我们的方法InfoPG在学习紧急协作行为方面优于基线,并在分散式合作MARL任务中设置了最先进的技术。我们的实验验证了实用的InfoPG实现更高的样本效率和显着更大的累积奖励在几个复杂的合作多智能体域。
2022-06-24 cs.AI cs.LG cs.MA
Towards Decentralized Formation of Minimum-Length Communication Networks Using Robot Swarms
University of Bristol(布里斯托大学);University of Sheffield(谢菲尔德大学);Technical University of Darmstadt(达姆施塔特工业大学)
提出一种完全去中心化的机器人群体框架,通过局部交互动态构建和优化通信网络,最小化网络长度并保证连通性,实验验证接近最优性能。
2026-10-07 cs.RO
Decentralized and Fully Onboard: Range-Aided Cooperative Localization and Navigation on Micro Aerial Vehicles
Learning Systems and Robotics Lab(学习系统与机器人实验室);Technical University of Munich(慕尼黑技术大学);University of Toronto Institute for Aerospace Studies(多伦多大学航空航天研究所);University of Toronto Robotics Institute(多伦多大学机器人研究所);Munich Institute of Robotics and Machine Intelligence(慕尼黑机器人与机器智能研究所);Vector Institute for Artificial Intelligence(人工智能向量研究所)
本文提出了一种去中心化的基于距离的协作定位与导航方法,通过块坐标下降和因子图推断实现编队控制,适用于微航空器在复杂环境中的自主导航。
2026-02-19 cs.RO
Multi-Robot Box Transport over Different Surfaces with Decentralized Role-based Proportional Control
Mechanical & Aerospace Eng., University at Buffalo, Buffalo, NY(机械与航空航天工程系,布法罗大学,布法罗,纽约)
提出一种异步去中心化任务与运动规划方法R2P2,通过角色分配和比例控制实现多机器人在不同倾斜和摩擦表面上的协作箱子运输,在仿真和物理实验中验证了其泛化性和成功率优于标准虚拟领导者-跟随者方法。
2026-05-28 cs.RO
Multi-Agent Belief Sharing through Autonomous Hierarchical Multi-Level Clustering
Technical University of Munich(慕尼黑工业大学);San Jose State University(圣何塞州立大学)
多智能体系统中的协调是具有挑战性的敏捷机器人,如无人机(UAV),相对代理位置经常变化,由于不受约束的运动。由于特工人员为电池充电而单独起飞和降落,导致整个特派团的现役特工人数不一,这一问题更加严重。本文提出了一种自治的分层多级聚类算法(MLC),它利用分散的方法形成一个聚类层次。通过簇头定期进行簇维护,实现稳定的多级分簇。由此产生的层次结构被用作骨干,以解决本地交互式应用程序,如无人机跟踪问题的通信问题。使用观察聚合,压缩和传播,代理在整个层次结构中共享本地观察,为每个代理提供具有空间相关分辨率和新鲜度的总系统信念。大量的仿真结果表明,MLC产生一个稳定的集群层次结构下不同的运动模式和建议的信念共享是非常适用的野火前线监测方案。
2021-07-21 cs.MA cs.RO cs.SY
Moving past point-contacts: Extending the ALIP model to humanoids with non-trivial feet using hierarchical, full-body momentum control
The Ohio State University(俄亥俄州立大学);Sarcos Technology and Robotics Corp.(萨科斯技术与机器人公司)
本文提出结合任务空间全身动量控制器的 ALIP 规划框架,突破点接触与质心角动量可忽略假设,并在 Sarcos Guardian XO 仿真中验证其稳定双足行走能力。
2024-08-09 cs.RO cs.SY eess.SY
DORAEMON: Decentralized Ontology-aware Reliable Agent with Enhanced Memory Oriented Navigation
针对家庭服务机器人零样本导航中的时空不连续、记忆非结构化等问题,提出认知启发的DORAEMON框架,以腹侧和背侧流融合语义与策略,在HM3D等数据集上取得最优SR和SPL。
2025-09-25 cs.AI cs.RO