Robotic shepherding is a bio-inspired approach to autonomously guiding a swarm of agents towards a desired location and has earned increasing research interest recently. However, shepherding a highly dispersed swarm in an obstructive environment remains challenging for the existing methods. To improve the shepherding efficacy in complex environments with obstacles and dispersed sheep, this paper proposes a planning-assisted autonomous shepherding framework with collision avoidance. The proposed approach transforms the swarm shepherding problem into a single Travelling Salesman Problem (TSP), with the sheepdog moving mode classified into non-interaction and interaction mode. Additionally, an adaptive switching approach is integrated into the framework to guide real-time path planning for avoiding collisions with obstacles and sometimes with sheep swarm. Then the overarching hierarchical mission planning system is presented, which consists of a grouping approach to obtain sheep sub-swarms, a general TSP solver for determining the optimal push sequence of sub-swarms, and an online path planner for calculating optimal paths for both sheepdogs and sheep. The experiments on a range of environments, both with and without obstacles, quantitatively demonstrate the effectiveness of the proposed shepherding framework and planning approaches.


翻译:机械式牧羊是一种自主引导大批物剂走向理想地点的生物激励方法,最近引起了越来越多的研究兴趣。然而,在阻塞环境中驱赶高度分散的群落对于现有方法来说仍然具有挑战性。为了改善复杂环境中有障碍和散散羊的牧羊效力,本文件提出一个规划辅助型自主牧羊框架,以避免碰撞。拟议方法将群羊牧羊问题转化为一个单一的巡回销售员问题(TSP),将羊群移动模式分为非互动和互动模式。此外,适应性转换方法被纳入指导实时路径规划的框架,以避免与障碍和有时与绵羊群发生碰撞。然后,提出了总体等级任务规划系统,包括分组方法,以获取绵羊次温,确定亚温的最佳推力序列的一般TSP解决方案,以及计算牧羊羊最佳路径的在线路径规划员。在一系列环境中,无论有障碍还是没有障碍,都进行了适应性转换方法的实验,从数量上展示了拟议牧羊型框架和规划方法的有效性。

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