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群制御arXiv:2609.29939

開かれたマルチロボットシステムにおける接続性を保つ再構成を伴う安全なフォーメーション制御

Safe Formation Control of Open Multi-Robot Systems with Connectivity-Preserving Reconfiguration

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ロボットの参加・離脱が起こる動的なチームで、衝突回避と接続維持を保証しながらフォーメーションを再構成する分散制御手法を提案し、シミュレーションで検証した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 研究対象: open multi-robot systems (OMRS) の formation control - ロボットが参加・離脱し、動的に相互作用リンクが確立 - 衝突回避と接続維持の制約下 - モデル: ロボットは double integrator、動的な無向グラフで相互作用 - 目的: 安全なフォーメーション制御と再構成 - 手法: barrier-Lyapunov function の勾配に基づく分散制御器 - 追加要素: formation manager によるロボットの追加・削除の調整 - 検証: Gazebo シミュレーションで quadrotor の参加・離脱を再現

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の formation control は固定チームや静的なグラフを前提とすることが多い - 本研究は open multi-robot systems (OMRS) を対象とし、ロボットの参加・離脱と動的なリンク確立を扱う - 衝突回避と接続維持を同時に保証しつつ、チーム再構成を可能にする点が新しい - 切り替えシステムとしてモデル化し、uniform practical stability を証明 - 遷移依存の average dwell-time 条件を導入し、安定性を保証

3. 技術・手法の肝は?

- barrier-Lyapunov function の勾配に基づく分散制御器 - formation manager がロボットの追加・削除を調整し、必要に応じて prospective edges を確立 - 参加ロボットの接続や離脱前の接続維持のために prospective edges を利用 - prospective edges の upper-distance 制約を auxiliary dynamics で一時的に緩和し、実行可能性を保ちつつ名目上の相互作用範囲を回復 - open-team dynamics を switched system としてモデル化 - 遷移依存の average dwell-time 条件下で uniform practical stability を almost all initial conditions に対して証明

4. どうやって有効だと検証した?

- Gazebo シミュレーションで検証 - 動的にシミュレートされた quadrotor を使用 - 繰り返しの参加・離脱マニューバを実施 - 提案手法の有効性を確認

5. 議論はある?

- 安定性解析は almost all initial conditions に対して uniform practical stability を保証 - 遷移依存の average dwell-time 条件が必要 - 制約の一時緩和と回復のメカニズムが feasibility を維持 - 実機実験ではなくシミュレーションのみでの検証 - より複雑な環境や多数のロボットへの拡張性は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究は明示されていない - 関連手法: barrier-Lyapunov function, switched system, average dwell-time, formation control, open multi-robot systems - 同分野の定番: 分散 formation control, connectivity maintenance, collision avoidance に関する論文

※ 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: Pelin Sekercioglu, Nicola De Carli, Dimos V. Dimarogonas

分類: eess.SY

原文アブストラクト

We address the formation control problem for open multi-robot systems (OMRS), i.e., systems in which robots may join or leave the team during operation and new interaction links are established over time, subject to inter-robot collision-avoidance and connectivity-maintenance constraints. The robots are modeled by double integrators, and interact over a dynamic undirected graph. We design a distributed controller based on the gradient of a barrier-Lyapunov function. To enable team reconfiguration, we introduce a formation manager that coordinates robot additions and removals and establishes prospective edges whenever needed, either to connect a joining robot to the team or to preserve connectivity before a robot departs. The upper-distance constraints of prospective edges are temporarily relaxed through auxiliary dynamics that preserve feasibility while progressively recovering the nominal interaction range. The resulting open-team dynamics are modeled as a switched system, for which we establish uniform practical stability for almost all initial conditions under a transition-dependent average dwell-time condition. Finally, the proposed approach is validated in realistic Gazebo simulations with dynamically simulated quadrotors undergoing repeated joining and departure maneuvers.

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PR本紙発行元 EmplifAI