多角形の可視領域による見通し（LoS）制約下のロボット複数台の地図なしナビゲーション

要旨: 多ロボットシステムは、信頼性の高い通信と適時の協調を確実にするために、基盤となる接続性に依存している。本論文では、未知の障害物を伴う多ロボットナビゲーションにおける見通し線（LoS: line-of-sight）接続性維持問題を研究する。従来の研究の多くは、ロボット間のLoS制約を定式化するために既知の環境地図を仮定しており、これが実運用における展開を妨げている。この制約を克服するために、オンラインでグローバル地図を構築しようとするのではなく、各ロボットが実時間のLiDARスキャンに基づいて自分自身中心（エゴセントリック）の可視領域のみを構築する、本質的に分散した手法を提案する。個々の可視領域は分散通信を通じて共有され、ロボット間のLoS制約を確立する。次に、この制約を多ロボットナビゲーションの枠組みに組み込み、LoS接続性を確保する。さらに、より正確なLoS距離の指標を提案することで、接続性維持の頑健性を高める。これにより、不必要で手間のかかる接続を排除する柔軟なトポロジー最適化も可能になる。提案する枠組みは、シミュレーションおよび実環境の双方において、多岐にわたる多ロボットナビゲーションと探索タスクを通じて評価する。その結果、障害物で混雑した困難な環境において、大きな可視範囲や脆弱な最小トポロジーの下でも、既存手法が一貫して失敗する状況であっても、ロボット間のLoS接続性を確実に維持できることが示された。アブレーション研究により、トポロジー最適化はナビゲーション効率を約20向上させることも明らかになり、接続性制約下で効率的に航行する本枠組みの可能性が示される。