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基于分层子问题扩展与工作空间分解细化的可扩展多机器人运动规划

文章摘要

本文提出一种多移动机器人运动规划方法,通过离散搜索工作空间分解来协调机器人,并迭代细化工作空间表示以搜索更小的解耦配置空间,从而将规划时间最多提升一个数量级。该方法已被 WAFR 2026 接收。

来源arXiv Robotics作者: Isaac Ngui, Courtney McBeth, James D. Motes, Marco Morales, Nancy M. Amato
基于分层子问题扩展与工作空间分解细化的可扩展多机器人运动规划
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多机器人运动规划领域的一个核心难题在于:既要让机器人之间保持足够的协调以避免相互冲突,又要避免因搜索整组机器人的联合构型空间而付出巨大的计算代价。Isaac Ngui 等五位作者在论文《Scalable Multi-robot Motion Planning via Hierarchical Subproblem Expansion and Workspace Decomposition Refinement》中提出了一种面向多移动机器人的运动规划方法,据称可将规划时间最多缩短一个数量级——即提升约十倍的效率。该论文已于 2026 年 5 月 19 日提交至 arXiv,编号为 arXiv:2605.20395,并被 WAFR 2026 接收。

该方法的关键思路是:利用对工作空间分解(workspace decomposition)的离散搜索,在规划过程中为各机器人之间提供协调。作者指出,既有研究通常借助工作空间拓扑来判断何时需要机器人之间的协调,随后再把相关机器人组合进联合构型空间进行求解;而他们的做法更进一步,通过迭代细化工作空间表示,使规划器能够在更小、彼此解耦的构型空间中完成搜索,从而显著减小问题规模与计算开销。

从技术角度看,这一方法把协调决策与运动规划解耦:先在工作空间层面以离散方式判断机器人在何处、何时可能发生交互,再据此将原本庞大的联合搜索拆分为若干可独立求解的子问题,并在迭代过程中不断细化和修正工作空间划分。论文标题中的“分层子问题扩展”(Hierarchical Subproblem Expansion)与“工作空间分解细化”(Workspace Decomposition Refinement)正对应这一两级流程。

论文摘要强调,该方法在规划时间上实现了最多一个数量级的改进,并且这种加速来源于对协调机制的全新组织方式,而非单纯依赖更强的计算资源或更粗略的近似。其适用对象为多移动机器人场景,这类场景广泛存在于仓储物流、工厂搬运与多智能体协同作业等应用中。

需要说明的是,上述性能提升是作者在论文中报告的结果,摘要并未说明具体实验平台、机器人数量、地图规模与基线方法等细节,这些需查阅论文全文(作者提供了 PDF、实验性 HTML 版本以及 TeX 源码链接)予以核实。该工作被 WAFR 2026 接收,表明其经过了相关领域会议的同侪评审。论文提交于 2026 年 5 月 19 日 18:44:09 UTC,文件大小约 2,340 KB,DOI 为 https://doi.org/10.48550/arXiv.2605.20395,目前 DOI 注册由 DataCite 处理中,论文学科分类为机器人学(cs.RO)。

展开要点与分析

文章情报

研究者进阶

要点

  • 利用离散搜索工作空间分解进行机器人间协调,避免搜索联合配置空间。
  • 迭代细化工作空间表示,使规划器能够搜索更小的解耦配置空间。
  • 规划时间最多提升一个数量级,论文被 WAFR 2026 接收。

要点与分析由自动化流程生成,可能有误,请结合原始来源核实。