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群制御arXiv:2610.13049

k連結性制約付き劣モジュラ最大化による故障に強いマルチロボット協調

Failure-Resilient Multi-Robot Coordination with $k$-Connectivity Constrained Submodular Maximization

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ロボット故障時も通信ネットワークの連結性を保ちつつタスク性能を最大化するため、k連結性制約付き劣モジュラ最大化問題を定式化し、貪欲アルゴリズムと理論保証を提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

マルチロボット協調において、タスク性能・故障耐性・通信接続性を同時に考慮する Resilient $k$-Connected Submodular Maximization を導入した研究。ロボット喪失が通信網を分断し、生存チームの協調継続を妨げる問題に対処する。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

既存の submodular maximization や resilient variants はロボット喪失の通信網への影響を無視していた。本研究は接続性を明示的に制約に組み込み、故障後も協調を維持できる点が新しい。

3. 技術・手法の肝は?

実行可能族が matroid でないため古典的 curvature-greedy の保証が直接使えない。Menger-based connectivity reduction、feasibility-preserving fallback 付き connectivity-aware greedy algorithm、接続性強制のコストを単一因子 $\rho$ で捉える新たな curvature-based analysis を提案。

4. どうやって有効だと検証した?

multi-robot target tracking の実験で提案手法を検証し、接続性制約の実用的影響を特徴付けた。

5. 議論はある?

最悪故障後目的値が最適な接続性尊重の resilient assignment に対して $[\max(1-\nu_f(\mathcal{I}),h(N,\beta))]^2 \rho\frac{1}{\kappa_f}(1-e^{-\kappa_f})$ の因子内に収まり、適切な極限で古典的非制約保証を回復する。

6. 次に読むべき論文は?

submodular maximization、resilient submodular maximization、curvature-greedy、Menger's theorem に関連する研究。要旨からは具体的な論文名は不明。

※ 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: Yoonjae Hwang, Hojune Kim, Ellen Novoseller, Guangyao Shi, Gaurav S. Sukhatme

分類: cs.RO, cs.MA

原文アブストラクト

Multi-robot coordination is essential in applications such as coverage, target tracking, and information gathering, where robots must jointly select actions to maximize team performance. Submodular maximization provides an effective framework for such coordination, and resilient variants further account for robot failures or adversarial removals. However, existing methods typically overlook the impact of robot loss on the communication network, which may disconnect the surviving team and prevent continued coordination. To address this issue, we introduce Resilient $k$-Connected Submodular Maximization, which jointly considers task performance, resilience, and communication connectivity. The resulting feasible family is not a matroid, preventing the direct application of classical curvature-greedy guarantees. We overcome this challenge through a Menger-based connectivity reduction, a connectivity-aware greedy algorithm with a feasibility-preserving fallback, and a new curvature-based analysis that captures the cost of enforcing connectivity through a single factor $ρ$. Our method achieves a worst-case post-failure objective within a factor of $[\max(1-ν_f(\mathcal{I}),h(N,β))]^2 ρ\frac{1}{κ_f}(1-e^{-κ_f})$ of the optimal connectivity-respecting resilient assignment, while recovering the classical unconstrained guarantee in the appropriate limits. Experiments on multi-robot target tracking validate the proposed method and characterize the practical impact of connectivity constraints.

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PR本紙発行元 EmplifAI