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.


翻译:大规模机器人群体在大型环境中协同实现共同全局目标,因感知与通信能力受限而极具挑战性。机器人必须执行感知-行动-通信(PAC)循环——实时感知局部环境、与其他机器人通信并采取行动。分散式PAC系统的一个基本难题在于:如何决定向邻接机器人传递何种信息,以及如何在利用邻居共享信息的同时采取行动。近期,该问题已通过图神经网络(GNN)在诸如集群编队和覆盖控制等应用中得到解决。尽管GNN策略在概念上完全去中心化,但其评估与部署仍主要集中于中心化或受限去中心化模式。此外,现有框架假设感知与动作推理以顺序执行,这在现实应用中具有极大局限性。本文提出一种面向机器人群体异步PAC的框架,采用去中心化GNN计算导航动作并生成通信消息。具体而言,我们使用聚合GNN,使机器人间能够交换隐藏层信息以实现计算高效性和去中心化动作推理。此外,框架中的各模块支持异步运行,允许机器人以不同频率执行感知、信息提取、通信、动作推理与控制执行。我们通过实验证明了在所提框架中执行的GNN在引导大规模机器人群体协同覆盖大型环境中的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
19+阅读 · 2018年5月17日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
2+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
6+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
7+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
19+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
11+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
专知会员服务
10+阅读 · 5月30日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员