論文の概要: A Scalable Multi-Robot Framework for Decentralized and Asynchronous Perception-Action-Communication Loops

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.10164v2
• Date: Sun, 21 Sep 2025 20:41:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-23 18:58:15.560092
• Title: A Scalable Multi-Robot Framework for Decentralized and Asynchronous Perception-Action-Communication Loops
• Title（参考訳）: 分散型かつ非同期な知覚・行動・コミュニケーションループのためのスケーラブルなマルチロボットフレームワーク
• Authors: Saurav Agarwal, Frederic Vatnsdal, Romina Garcia Camargo, Vijay Kumar, Alejandro Ribeiro,
• Abstract要約: グローバルな目的を達成するため,大規模なロボット群における協調作業は,大規模環境における課題である。 ロボットはパーセプション・アクション・コミュニケーションループを実行し、ローカル環境を認識し、他のロボットと通信し、リアルタイムで行動を起こす必要がある。 近年では、フロッキングやカバレッジ制御などのアプリケーションでグラフニューラルネットワーク(GNN)を使用してこの問題に対処している。 本稿では、分散化されたGNNを用いてナビゲーション動作を計算し、通信のためのメッセージを生成するロボット群における非同期PACフレームワークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 72.1902268440158
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Collaboration in large robot swarms to achieve a common global objective is a challenging problem in large environments due to limited sensing and communication capabilities. The robots must execute a Perception-Action-Communication (PAC) loop -- they perceive their local environment, communicate with other robots, and take actions in real time. A fundamental challenge in decentralized PAC systems is to decide what information to communicate with the neighboring robots and how to take actions while utilizing the information shared by the neighbors. Recently, this has been addressed using Graph Neural Networks (GNNs) for applications such as flocking and coverage control. Although conceptually, GNN policies are fully decentralized, the evaluation and deployment of such policies have primarily remained centralized or restrictively decentralized. Furthermore, existing frameworks assume sequential execution of perception and action inference, which is very restrictive in real-world applications. This paper proposes a framework for asynchronous PAC in robot swarms, where decentralized GNNs are used to compute navigation actions and generate messages for communication. In particular, we use aggregated GNNs, which enable the exchange of hidden layer information between robots for computational efficiency and decentralized inference of actions. Furthermore, the modules in the framework are asynchronous, allowing robots to perform sensing, extracting information, communication, action inference, and control execution at different frequencies. We demonstrate the effectiveness of GNNs executed in the proposed framework in navigating large robot swarms for collaborative coverage of large environments.
• Abstract（参考訳）: グローバルな目的を達成するため,大規模なロボット群における協調作業は,センサや通信能力の制限により,大規模環境において困難な問題となっている。 ロボットはパーセプション・アクション・コミュニケーション(PAC)ループを実行し、ローカル環境を認識し、他のロボットと通信し、リアルタイムで行動を起こす必要がある。 分散PACシステムにおける基本的な課題は、近隣のロボットと通信する情報と、近隣のロボットが共有する情報を活用して行動を取る方法を決定することである。 近年では、フロッキングやカバレッジ制御などのアプリケーションでグラフニューラルネットワーク(GNN)を使用してこの問題に対処している。 概念的には、GNNポリシーは完全に分散化されているが、そのようなポリシーの評価と展開は、主に中央集権的あるいは限定的に分散化されている。 さらに、既存のフレームワークは知覚と行動推論のシーケンシャルな実行を前提としています。 本稿では、分散化されたGNNを用いてナビゲーション動作を計算し、通信のためのメッセージを生成するロボット群における非同期PACフレームワークを提案する。 特に、集約されたGNNを用いて、ロボット間で隠れたレイヤ情報を交換し、計算効率とアクションの分散推論を可能にする。 さらに、フレームワーク内のモジュールは非同期であり、ロボットは検知、情報抽出、コミュニケーション、アクション推論、異なる周波数での制御実行を行うことができる。 本研究では,大規模環境を協調的にカバーする大規模ロボット群をナビゲートする上で,提案フレームワークで実行されたGNNの有効性を示す。

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