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加州理工設(shè)計(jì)新算法控制多個(gè)無(wú)人機(jī)移動(dòng)，并且不會(huì)“撞車”

2020-07-30 10:21 性質(zhì)：轉(zhuǎn)載 作者：大數(shù)據(jù)文摘 來(lái)源：大數(shù)據(jù)文摘
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大數(shù)據(jù)文摘出品來(lái)源：wevolver編譯：千雪在機(jī)器人領(lǐng)域，協(xié)調(diào)多個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)基本問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中，從城市搜救到自動(dòng)駕駛車隊(duì)的控制，再到在混亂環(huán)境中...

大數(shù)據(jù)文摘出品

來(lái)源：wevolver

編譯：千雪

在機(jī)器人領(lǐng)域，協(xié)調(diào)多個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)基本問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中，從城市搜救到自動(dòng)駕駛車隊(duì)的控制，再到在混亂環(huán)境中的編隊(duì)飛行，都十分重要。

但是，兩個(gè)極為關(guān)鍵的挑戰(zhàn)使得解決這一問(wèn)題有些困難：首先，在一個(gè)新環(huán)境中，即使機(jī)器人沒(méi)有完整的路徑數(shù)據(jù)，他們?nèi)匀槐仨氃谒查g對(duì)自己的運(yùn)動(dòng)軌跡做出決定；其次，環(huán)境中大量機(jī)器人的同時(shí)存在使得它們之間的交互十分復(fù)雜，并且更容易發(fā)生碰撞。

為了克服這些困難，布倫航空航天教授Soon Jo Chung和計(jì)算與數(shù)學(xué)科學(xué)教授Yisong Yue，以及加州理工學(xué)院研究生Benjamin Rivière、博士后學(xué)者Wolfgang H?nig，還有研究生Guanya Shi，合作開(kāi)發(fā)了一種稱為“從全局到局部的安全自主綜合”的多機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法（GLAS），該算法可以模仿完整的信息規(guī)劃器，并且只在算法中使用了局部信息和“神經(jīng)群”（一種用于學(xué)習(xí)近距離飛行中復(fù)雜氣動(dòng)相互作用的群追蹤控制器）。

為了測(cè)試他們的新系統(tǒng)，Chung和Yue的團(tuán)隊(duì)在多達(dá)16架四旋翼無(wú)人機(jī)上安裝了GLAS和神經(jīng)群，并在加州理工大學(xué)自主系統(tǒng)與技術(shù)中心（CAST）的露天無(wú)人機(jī)競(jìng)技場(chǎng)內(nèi)放飛。

研究小組發(fā)現(xiàn)，GLAS在很多情況下都能比目前最先進(jìn)的多機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法表現(xiàn)出20%的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，神經(jīng)群的性能明顯優(yōu)于不考慮空氣動(dòng)力相互作用的商業(yè)控制器；跟蹤誤差是無(wú)人機(jī)在三維空間中如何定向和跟蹤所需位置的關(guān)鍵指標(biāo)，在使用這種新控制器時(shí)，誤差減小了四倍。

“我們的工作確實(shí)取得了一些較好的結(jié)果，比如可以克服傳統(tǒng)黑箱人工智能AI方法的安全性、魯棒性和可擴(kuò)展性問(wèn)題，以及使用GLAS和神經(jīng)群對(duì)多架無(wú)人機(jī)進(jìn)行近距離控制?！盋hung說(shuō)。

當(dāng)使用GLAS和神經(jīng)群時(shí)，機(jī)器人不需要對(duì)它所經(jīng)過(guò)的環(huán)境或者同伴打算走的路徑有一個(gè)完整而全面的了解。相反，機(jī)器人在飛行時(shí)學(xué)習(xí)如何在空間中導(dǎo)航，并在進(jìn)入“學(xué)習(xí)模型”進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)融入新的信息。

由于群中的每一個(gè)機(jī)器人只需要它自己局部環(huán)境的信息，所以可以進(jìn)行分散計(jì)算；從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，每個(gè)機(jī)器人都是只為自己“思考”的，這樣就更容易擴(kuò)大群體的規(guī)模。

“這些項(xiàng)目展示了將現(xiàn)代機(jī)器學(xué)習(xí)方法整合到多智能體規(guī)劃和控制中的潛力，也為機(jī)器學(xué)習(xí)的研究揭示了令人興奮的新方向?！盰ue說(shuō)。

他們的研究發(fā)表在最近發(fā)表的兩項(xiàng)研究中。Chung, Yue, Riviere和Honig于5月11日在IEEE Robotics and Automation Letters上發(fā)表了《GLAS：具有端到端學(xué)習(xí)的多機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的全局到局部安全自治綜合》?！渡窠?jīng)群：使用學(xué)習(xí)交互的分散式近距離多轉(zhuǎn)子控制》于6月1日由Chung，Yue，Shi和H?nig在IEEE國(guó)際機(jī)器人與自動(dòng)化會(huì)議論文集上發(fā)表。

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