多机器人运动计划（MRMP）是在运动动力学约束下针对在环境中作用的多个机器人的非缩进轨迹的基本问题。由于其复杂性，现有算法要么利用简化的假设或不完整。这项工作引入了基于动力学冲突的搜索（K-CB），这是一种分散的（分离）MRMP算法，是一般，可扩展性和概率完成的。该算法从成功的解决方案到MRMP的离散类似物（被称为多试路径查找（MAPF））具有灵感。具体来说，我们将基于冲突的搜索（CBS）（一种流行的分散MAPF算法）调整为MRMP设置。这种适应的新颖性是我们直接在连续领域工作，而无需离散化。特别是，动力动力学的约束在本地进行治疗。 K-CBS计划使用低级规划师分别为每个机器人计划，并通过定义单个机器人的约束来解决机器人之间的冲突树以解决机器人之间的碰撞。低水平的计划者可以是用于运动动力学机器人的任何基于采样的树搜索算法，从而将单个机器人的现有计划者提升为多机器人设置。我们表明，K-CBS继承了低级计划者的（概率）完整性。我们说明了在几个案例研究和基准测试中K-CB的一般性和性能。

我们考虑针对翻译不变的动态系统的时间 - 最佳运动计划，该属性适用于许多移动机器人，例如差速器，汽车，飞机和多旋转器。我们的关键见解是，当与优化共生时，我们可以将图形搜索算法扩展到连续情况。对于图形搜索，我们引入了不连续性的A*（DB-A*），这是A*算法的概括，该算法使用了基于采样计划者的概念和数据结构。 db-a*重复使用短轨迹，所谓的运动原语作为边缘，并允许在顶点处最大的用户指定的不连续性。这些轨迹是通过轨迹优化在局部修复的，这也提供了新的改进的运动原语。我们的新型动力学运动计划者KMP-DB-A*几乎具有渐近的最佳行为，并迅速计算了近乎最佳的解决方案。对于我们的经验验证，我们提供了第一个基准，该基准测试在不同设置中的多个动态系统上比较搜索，采样和基于优化的时间 - 最佳运动计划。与基线相比，KMP-DB-A*始终求解更多的问题实例，找到较低成本的初始解决方案并更快地收敛。

本文提出了一个基于抽样的运动计划者，该计划将RRT*（迅速探索随机树星）集成到预计运动原始图的数据库中，以减轻其计算负载，并允许在动态或部分已知的环境中进行运动计划。该数据库是通过在某些网格空间中考虑一组初始状态和最终状态对来构建的，并确定每个对与系统动力学和约束兼容的最佳轨迹，同时最小化成本。通过在网格状态空间中提取样品并在数据库中选择将其连接到现有节点的数据库中的最佳无障碍运动原始性，将节点逐渐添加到RRT*算法中可行轨迹树中的节点。如果可以通过无障碍的运动原始的原始较低的成本从新的采样状态达到一些节点，则树将重新接线。因此，运动计划的计算更密集的部分被移至数据库构建的初步离线阶段（以网格造成的某些性能退化为代价。可以对网格分辨率进行调整，以便在数据库的最优性和大小之间妥协。由于网格分辨率为零，并且采样状态的数量增长到无穷大，因此规划器被证明是渐近的最佳选择。

在本文中，我们通过概率保证解决了基于采样的运动计划和测量不确定性的问题。我们概括了基于基于树的基于树木的运动计划算法，以确定性系统并提出信念-USHAMCAL {a} $，该框架将任何基于动力学的树的计划者扩展到线性（或可线化）系统的信念空间。我们为信仰空间介绍了适当的抽样技术和距离指标，以保留基础规划师的概率完整性和渐近最佳性能。我们证明了我们在模拟方面对自动化和非全面系统有效和渐近地找到安全低成本路径的疗效。

基于最佳抽样的运动计划和轨迹优化是两个竞争框架，以生成最佳运动计划。这两个框架都有互补的属性：基于抽样的计划者通常会趋于趋势，但提供最佳保证。但是，轨迹优化器通常很快就可以收敛，但在非凸问题中不提供全局最佳保证，例如场景有障碍。为了达到两全其美，我们介绍了一个新的计划者Bitkomo，该计划者将渐近最佳的批处理知识树（BIT*）计划者与K-order Markov优化（KOMO）轨迹优化框架集成在一起。我们的计划者随时随地，并保持BIT*提供的相同的渐近优化性保证，同时还利用KOMO轨迹优化器的快速收敛性。我们在实验中评估了我们的计划者在涉及高维配置空间的操作场景方面，最多有两个7-DOF操纵器，障碍物和狭窄的通道。即使Komo失败，Bitkomo的表现也比Komo更好，并且在收敛到最佳解决方案方面，它的表现优于Bit*。

基于采样的运动计划者，例如RRT*和BIT*，当应用于运动动力运动计划时，依靠转向功能来生成连接采样状态的时间优势解决方案。实施精确的转向功能需要针对时间最佳控制问题的分析解决方案，或者非线性编程（NLP）求解器以鉴于系统的动力学方程式解决边界值问题。不幸的是，对于许多实际域而言，分析解决方案不可用，而NLP求解器在计算上非常昂贵，因此快速且最佳的动力动力运动计划仍然是一个开放的问题。我们通过引入状态监督转向功能（S3F）来提供解决此问题的解决方案，这是一种学习时间优势转向功能的新方法。 S3F能够比其NLP对应物更快地为转向函数的数量级产生近乎最佳的解决方案。在三个具有挑战性的机器人域进行的实验表明，使用S3F的RRT*在解决方案成本和运行时都显着优于最先进的计划方法。我们进一步提供了RRT*修改以使用S3F的概率完整性的证明。

Despite recent progress on trajectory planning of multiple robots and path planning of a single tethered robot, planning of multiple tethered robots to reach their individual targets without entanglements remains a challenging problem. In this paper, we present a complete approach to address this problem. Firstly, we propose a multi-robot tether-aware representation of homotopy, using which we can efficiently evaluate the feasibility and safety of a potential path in terms of (1) the cable length required to reach a target following the path, and (2) the risk of entanglements with the cables of other robots. Then, the proposed representation is applied in a decentralized and online planning framework that includes a graph-based kinodynamic trajectory finder and an optimization-based trajectory refinement, to generate entanglement-free, collision-free and dynamically feasible trajectories. The efficiency of the proposed homotopy representation is compared against existing single and multiple tethered robot planning approaches. Simulations with up to 8 UAVs show the effectiveness of the approach in entanglement prevention and its real-time capabilities. Flight experiments using 3 tethered UAVs verify the practicality of the presented approach.

本文着重于影响弹性的移动机器人的碰撞运动计划和控制的新兴范式转移，并开发了一个统一的层次结构框架，用于在未知和部分观察的杂物空间中导航。在较低级别上，我们开发了一种变形恢复控制和轨迹重新启动策略，该策略处理可能在本地运行时发生的碰撞。低级系统会积极检测碰撞（通过内部内置的移动机器人上的嵌入式霍尔效应传感器），使机器人能够从其内部恢复，并在本地调整后影响后的轨迹。然后，在高层，我们提出了一种基于搜索的计划算法，以确定如何最好地利用潜在的碰撞来改善某些指标，例如控制能量和计算时间。我们的方法建立在A*带有跳跃点的基础上。我们生成了一种新颖的启发式功能，并进行了碰撞检查和调整技术，从而使A*算法通过利用和利用可能的碰撞来更快地收敛到达目标。通过将全局A*算法和局部变形恢复和重新融合策略以及该框架的各个组件相结合而生成的整体分层框架在模拟和实验中都经过了广泛的测试。一项消融研究借鉴了与基于搜索的最先进的避免碰撞计划者（用于整体框架）的链接，以及基于搜索的避免碰撞和基于采样的碰撞 - 碰撞 - 全球规划师（对于更高的较高的碰撞 - 等级）。结果证明了我们的方法在未知环境中具有碰撞的运动计划和控制的功效，在2D中运行的一类撞击弹性机器人具有孤立的障碍物。

传统的多代理路径规划者通常在优化单个物镜的同时计算路径的集合，例如路径长度。然而，许多应用可能需要多个目标，例如在规划期间同时优化的燃料消耗和完井时间，并且这些标准可能无法容易地进行比较，有时彼此竞争。天真地应用现有的多目标搜索算法，例如多目标A *（MoA *），以多代理路径查找可能被证明是效率低，作为可能的解决方案的空间的大小，即帕累托最优集合，可以用代理的数量（搜索空间的维度）指数增长。本文介绍了一种名为基于多目标冲突的搜索（Mo-CBS）的方法，该方法通过利用基于冲突的搜索（CBS），是单目标多代理的公知算法来绕过这种所谓的维度诅咒路径发现，以及多目标优化文献的优势原则。我们还开发了MO-CBS的几种变体，以进一步提高其性能。我们证明了MO-CBS及其变体能够计算整个帕累托最优集合。数值结果表明，Mo-CBS优于MoA *以及妈妈*，最近开发的最先进的多目标多功能策划员。

与单个机器人相比，多个移动操纵器在需要移动性和灵活性的任务中表现出优势，尤其是在操纵/运输笨重的物体时。当对象和操纵器紧密地连接时，将形成闭合链，整个系统的运动将被限制在较低的歧管上。但是，当前对多机器人运动计划的研究并未完全考虑整个系统的形成，移动操纵器的冗余以及环境中的障碍，这使得任务具有挑战性。因此，本文提出了一个层次结构框架，以有效地解决上述挑战，其中集中式层计划离线运动的运动和分散层独立地实时探索每个机器人的冗余。此外，在集中式层中保证了封闭链，避免障碍物和地层限制的下限，其他计划者无法同时实现。此外，代表编队约束的分布的能力图可用于加快两层。仿真和实验结果都表明，所提出的框架的表现明显优于基准规划师。该系统可以在混乱的环境中绕过或跨越障碍物，并且该框架可以应用于不同数量的异质移动操纵器。

工业机器人操纵器（例如柯机）的应用可能需要在具有静态和非静态障碍物组合的环境中有效的在线运动计划。当可用的计算时间受到限制或无法完全产生解决方案时，现有的通用计划方法通常会产生较差的质量解决方案。我们提出了一个新的运动计划框架，旨在在用户定义的任务空间中运行，而不是机器人的工作空间，该框架有意将工作空间一般性交易，以计划和执行时间效率。我们的框架自动构建在线查询的轨迹库，类似于利用离线计算的以前方法。重要的是，我们的方法还提供了轨迹长度上有限的次级优势保证。关键的想法是建立称为$ \ epsilon $ -Gromov-Hausdorff近似值的近似异构体，以便在任务空间附近的点也很接近配置空间。这些边界关系进一步意味着可以平稳地串联轨迹，这使我们的框架能够解决批次查询方案，目的是找到最小长度的轨迹顺序，这些轨迹访问一组无序的目标。我们通过几种运动型配置评估了模拟框架，包括安装在移动基础上的操纵器。结果表明，我们的方法可实现可行的实时应用，并为扩展其功能提供了有趣的机会。

多机器人系统通过整体对应物提供增强的能力，但它们以增加的协调复杂化。为了减少复杂性并使文献中的多机器人运动规划（MRMP）方法采用牺牲最优性或动态可行性的解耦方法采用解耦方法。在本文中，我们提出了一种凸起方法，即“抛物线弛豫”，为所有机器人的耦合关节空间中MRMP产生最佳和动态可行的轨迹。我们利用建议的放松来解决问题复杂性，并在极端集群环境中规划超过一百个机器人的计算途径。我们采取了一种多级优化方法，包括i）数学地配制MRMP作为非凸优化，II）将问题提升到更高的尺寸空间，III）通过所提出的计算有效的抛物线松弛和IV凸出问题。使用迭代搜索惩罚，以确保对原始问题的可行性和近最佳解决方案的可行性和恢复。我们的数值实验表明，所提出的方法能够在比最先进的成功率上具有更高成功率的挑战运动规划问题的最佳和动态可行的轨迹，但在高度密集的环境中，在一百个机器人中仍然在计算上仍然在计算上。 。

双向运动规划与其单向对应物相比，平均地减少计划时间。在单次查询可行的运动规划中，使用双向搜索来查找连续运动计划需要前向和反向搜索树之间的边缘连接。这样的树木连接需要解决两点边值问题问题（BVP）。然而，两点BVP解决方案可能是困难的或不可能计算许多系统。我们提出了一种新的双向搜索策略，不需要解决两点BVP。反向树的成本信息而不是直接连接前向和反向树木，而是用作前向搜索的指导启发式。这使得前向搜索能够快速收敛到可行的解决方案而不解决两点BVP。我们提出了两个新的算法（GBRRT和GABRRT），使用此策略并使用多种动态系统和现实世界硬件实验运行多个软件模拟，以表明我们的算法表现出对现有最先进的方法进行的或更好在快速找到初始可行的解决方案时。

自主驾驶的车辆必须能够以无碰撞的方式在动态和不可预测的环境中导航。到目前为止，这仅是在无人驾驶汽车和仓库装置中部分实现的，在该装置中，诸如道路，车道和交通标志之类的标记结构简化了运动计划和避免碰撞问题。我们正在为类似汽车的车辆提供一种新的控制方法，该方法基于前所未有的快节奏A*实现，该方法允许控制周期以30 Hz的频率运行。这个频率使我们能够将A*算法作为低级重型控制器，非常适合在几乎任何动态环境中导航和避免碰撞。由于有效的启发式方法由沿着目标最短路径铺设的旋转 - 翻译 - 旋转运动运动，因此我们的短期流产A*（staa*）会快速收敛，并可以尽早中止，以确保高而稳定的控制速度。尽管我们的staa*沿着最短路径扩展状态，但它会照顾与环境的碰撞检查，包括预测的移动障碍状态，并返回计算时间用完时找到的最佳解决方案。尽管计算时间有限，但由于最短路径的以下路径，我们的staa*并未被困在拐角处。在模拟和实体机器人实验中，我们证明了我们的控制方法几乎完全消除了碰撞，并且具有改进的动态窗口方法的改进版本，并具有预测性的避免功能。

本文介绍了一个新的在线多代理轨迹规划算法，可确保在杂乱的环境中产生安全，动态可行的轨迹。所提出的算法利用线性安全走廊（LSC）来制定分布式轨迹优化问题，只有可行的约束，因此它不采用松弛变量或软限制以避免优化失败。我们采用基于优先的目标规划方法来防止僵局而无需额外的程序来确定要屈服的机器人。所提出的算法可以平均将60个代理的轨迹平均每代理使用英特尔I7笔记本电脑计算60个代理，并与基于软限制的基线相比，显示了类似的飞行距离和距离。我们核实所提出的方法可以在随机森林和室内空间中没有僵局达到目标，并且我们通过在迷宫状环境中使用10个时段的真正飞行试验验证了所提出的算法的安全性和可操作性。

This paper addresses the kinodynamic motion planning for non-holonomic robots in dynamic environments with both static and dynamic obstacles -- a challenging problem that lacks a universal solution yet. One of the promising approaches to solve it is decomposing the problem into the smaller sub problems and combining the local solutions into the global one. The crux of any planning method for non-holonomic robots is the generation of motion primitives that generates solutions to local planning sub-problems. In this work we introduce a novel learnable steering function (policy), which takes into account kinodynamic constraints of the robot and both static and dynamic obstacles. This policy is efficiently trained via the policy optimization. Empirically, we show that our steering function generalizes well to unseen problems. We then plug in the trained policy into the sampling-based and lattice-based planners, and evaluate the resultant POLAMP algorithm (Policy Optimization that Learns Adaptive Motion Primitives) in a range of challenging setups that involve a car-like robot operating in the obstacle-rich parking-lot environments. We show that POLAMP is able to plan collision-free kinodynamic trajectories with success rates higher than 92%, when 50 simultaneously moving obstacles populate the environment showing better performance than the state-of-the-art competitors.

Path planning in the multi-robot system refers to calculating a set of actions for each robot, which will move each robot to its goal without conflicting with other robots. Lately, the research topic has received significant attention for its extensive applications, such as airport ground, drone swarms, and automatic warehouses. Despite these available research results, most of the existing investigations are concerned with the cases of robots with a fixed movement speed without considering uncertainty. Therefore, in this work, we study the problem of path-planning in the multi-robot automatic warehouse context, which considers the time-varying and uncertain robots' movement speed. Specifically, the path-planning module searches a path with as few conflicts as possible for a single agent by calculating traffic cost based on customarily distributed conflict probability and combining it with the classic A* algorithm. However, this probability-based method cannot eliminate all conflicts, and speed's uncertainty will constantly cause new conflicts. As a supplement, we propose the other two modules. The conflict detection and re-planning module chooses objects requiring re-planning paths from the agents involved in different types of conflicts periodically by our designed rules. Also, at each step, the scheduling module fills up the agent's preserved queue and decides who has a higher priority when the same element is assigned to two agents simultaneously. Finally, we compare the proposed algorithm with other algorithms from academia and industry, and the results show that the proposed method is validated as the best performance.

审查多个机器人的无碰撞路径的目的对于现实世界多机器人系统很重要，并且已被研究为在图形上的优化问题，称为多代理路径查找（MAPF）。这篇评论调查了不同类别的经典和最先进的MAPF算法，并进行了不同的研究尝试，以应对将MAPF技术推广到现实世界情景的挑战。最新的发现解决MAPF问题是在计算上具有挑战性的。最近的进步导致了MAPF算法，该算法可以在运行时计算数百个机器人和数千个导航任务的无碰撞路径。 MAPF的许多变体已被正式化，以使MAPF技术适应不同的现实需求，例如机器人运动学的考虑，实时系统的在线优化以及任务分配和路径计划的集成。用于MAPF问题的摘要算法技术已经解决了多个多机器人应用程序的重要方面，包括自动仓库履行和分类，自动化火车调度以及非独立机器人和四轮驱动器的导航。这展示了它们在大型多机器人系统的现实应用中的潜力。

在多代理路径查找（MAPF）问题中，一组在图表上移动的代理必须达到其自身各自的目的地，而无需间间冲突。在实用的MAPF应用中，如自动仓库导航，偶尔有数百个或更多代理商，MAPF必须在终身基础上迭代地解决。这种情景排除了离线计算密集型最佳方法的简单调整;因此，可扩展的子最优算法用于此类设置。理想的可扩展算法适用于可预测计算时间的迭代方案和输出合理的解决方案。对于上述目的，在本研究中，提出了一种具有回溯（PIBT）的优先级继承的新型算法以迭代地解决MAPF。 PIBT依赖于适应性优先级方案，专注于多个代理的相邻运动;因此它可以应用于若干域。我们证明，无论其数量如何，当环境是图形时，所有代理都保证在有限的时间内达到目的地，使得所有相邻节点属于一个简单的周期（例如，双绞线）。实验结果涵盖了各种场景，包括真正的机器人演示，揭示了所提出的方法的好处。即使用数百种代理商，PIBT也会立即产生可接受的解决方案，可以解决其他事实上MAPF方法的大型情况。此外，PIBT在运行时和解决方案质量的自动化仓库中的传送包中的迭代方案上占据了现有方法。

我们为仓库环境中的移动机器人提供基于新颖的强化学习（RL）任务分配和分散的导航算法。我们的方法是针对各种机器人执行各种接送和交付任务的场景而设计的。我们考虑了联合分散任务分配和导航的问题，并提出了解决该问题的两层方法。在更高级别，我们通过根据马尔可夫决策过程制定任务并选择适当的奖励来最大程度地减少总旅行延迟（TTD）来解决任务分配。在较低级别，我们使用基于ORCA的分散导航方案，使每个机器人能够独立执行这些任务，并避免与其他机器人和动态障碍物发生碰撞。我们通过定义较高级别的奖励作为低级导航算法的反馈来结合这些下层和上层。我们在复杂的仓库布局中进行了广泛的评估，并具有大量代理商，并根据近视拾取距离距离最小化和基于遗憾的任务选择，突出了对最先进算法的好处。我们观察到任务完成时间的改善高达14％，并且在计算机器人的无碰撞轨迹方面提高了40％。