An underlying structure in several sampling-based methods for continuous multi-robot motion planning (MRMP) is the tensor roadmap (TR), which emerges from combining multiple PRM graphs constructed for the individual robots via a tensor product. We study the conditions under which the TR encodes a near-optimal solution for MRMP -- satisfying these conditions implies near optimality for a variety of popular planners, including dRRT*, and the discrete methods M* and CBS when applied to the continuous domain. We develop the first finite-sample analysis of this kind, which specifies the number of samples, their deterministic distribution, and magnitude of the connection radii that should be used by each individual PRM graph, to guarantee near-optimality using the TR. This significantly improves upon a previous asymptotic analysis, wherein the number of samples tends to infinity, and supports guaranteed high-quality solutions in practice, within bounded running time. To achieve our new result, we first develop a sampling scheme, which we call the staggered grid, for finite-sample motion planning for individual robots, which requires significantly less samples than previous work. We then extend it to the much more involved MRMP setting which requires to account for interactions among multiple robots. Finally, we report on a few experiments that serve as a verification of our theoretical findings and raise interesting questions for further investigation.


翻译:连续多机器人运动规划(MRMP)的若干基于取样方法的基本结构是 " 高光谱 " 路线图(TR),该路线图是结合通过高光产品为个体机器人建造的多个PRM图的。我们研究了TR编码MRMP近乎最佳的解决方案的条件 -- -- 满足这些条件意味着对各种受欢迎的规划者来说几乎是最佳的,包括DRRT*, 以及适用于连续域的离散方法M* 和 CBS。我们开发了这种类型的首次有限抽样分析,其中说明了样品的数量、其确定性分布以及每个个体PRM图应使用的连接线条形的大小,以保障使用TR的接近最佳性。这大大改进了以往一次的随机分析,即样品数量往往不尽如其尽善,并且支持在连续域应用时保证采用高质量的解决办法。为了实现我们的新结果,我们首先开发了一种取样方法,我们称之为交错格网格,用于每个个体PRMM图应使用何种连接度,以便保证使用近光谱图的连接度,从而保证接近最优化地使用TRMMMM的连接。

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