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群制御arXiv:2608.07734v1

最大容量でのマルチロボット順序付き保管・取り出しのための完全かつスケーラブルで堅牢な優先度付き計画

Complete, Scalable, and Robust Prioritized Planning for Multi-Robot Ordered Storage and Retrieval at Maximum Capacity

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高密度倉庫におけるパズルベース保管システムで、複数ロボットのデッドロックを回避しつつ、順序付きの保管・取り出しを効率的に実行する優先度付き経路計画アルゴリズムを提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

本論文は、自動倉庫における高密度保管と高スループットの両立を目指し、最大容量でのordered storage and retrieval problemを扱う。単一境界からアクセス可能な長方形グリッド上で、複数ロボットが荷物をフル容量まで格納し、計画された出庫順序に従って効率的に取り出す問題に対し、relocation-free arrangementsの特性を活用したオンラインの優先順位付きマルチエージェント経路探索アルゴリズムを提案する。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

従来の集中型プランナーは完全性を保証するがスケーラビリティに欠ける。本手法は、storage arrangementの特定の不変条件を利用することで、完全性を保証しデッドロックを防ぎつつ、スケーラブルなオンラインアルゴリズムを実現している点が優れている。また、ロバスト性をサポートするためのアルゴリズムのオーバーヘッドが無視できる程度であり、不確実な出庫順序に対しても非ロバストなベースラインと同等の実行速度を維持する。

3. 技術・手法の肝は?

手法の核は、relocation-free arrangementsの特性を利用したオンラインの優先順位付きマルチエージェント経路探索アルゴリズムである。この特性により、特定の不変条件が保たれ、デッドロックを回避しながら完全性を保証する。また、ロバストなstorage arrangementsを用いて出庫順序の不確実性に対処し、アルゴリズムのオーバーヘッドを最小限に抑える。

4. どうやって有効だと検証した?

実験により、ロボット数mがグリッド幅Cに達するまで、makespanがロボット数に対してほぼ線形に改善することを示した。また、ロバスト性をサポートする場合のアルゴリズムのオーバーヘッドが無視できる程度であり、非ロバストなベースラインと比較して実行速度に有意なペナルティがないことを確認した。

5. 議論はある?

要旨からは、提案手法の限界や他のアーキテクチャへの適用可能性についての議論は不明である。また、ロバスト性の定義や不確実性の種類についての詳細も要旨には含まれていない。

6. 次に読むべき論文は?

要旨で参照されている関連研究として、puzzle-based storage (PBS) アーキテクチャに関する研究や、マルチエージェント経路探索 (MAPF) の一般的な手法が挙げられる。具体的には、PBSの基礎を築いた論文や、集中型プランナー (例えば、Conflict-Based Search) などが関連する。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: William Zhang, Tzvika Geft, Jingjin Yu, Kostas Bekris

分類: cs.RO, cs.AI, cs.MA

原文アブストラクト

Automated warehouses face a fundamental trade-off between maximizing storage density and achieving high retrieval throughput. While puzzle-based storage (PBS) architectures increase capacity by eliminating aisles, coordinating multiple robots in these high-density spaces is computationally challenging due to the potential for deadlocks. This paper introduces a novel multi-robot formulation for the ``ordered storage and retrieval problem at maximum capacity''. The focus is on rectangular grids accessible from a single boundary, where loads need to be first stored up to full capacity and then efficiently retrieved, given a planned departure sequence. This work bridges the gap between geometric feasibility and execution efficiency by leveraging the properties of relocation-free arrangements. These properties guide an online, prioritized multi-agent path-finding algorithm, which is the main contribution of this work. Unlike general centralized planners, the approach exploits the specific invariants of the storage arrangement to guarantee completeness and prevent deadlocks, enabling scalability. Experiments demonstrate that the method achieves near-linear improvement in makespan with respect to the number of robots, up to $m = C$, where $C$ is the grid width. Crucially, the algorithmic overhead of supporting robustness is negligible; the system handles uncertainty in departure sequences using robust storage arrangements with no significant penalty in execution speed compared to the non-robust baseline.