Amazon Robotics与南加大合力解决MAPF问题

最近一篇技术论文,南加州大学和亚马逊机器人公司(Amazon Robotics)研究人员开发一款解决终身多智能代理人路径查找(Multi-Agent Path Finding,MAPF)问题的解决方案,其中一组智能代理人(机器人)必须移动到不断变化的目标位置而不发生碰撞。他们指出,实验可为多达1千台智能代理机器人提供“高品质”解决方案,表现远胜现有方法。

MAPF是许多自动化系统的核心,如自动驾驶汽车、无人机群,甚至电子游戏的AI。毫无疑问,亚马逊最感兴趣的是仓储机器人(Warehouse Robot)适用性,截至去年12月,亚马逊在物流配送网络(Fulfillment Network)拥有超过20万台移动机器人。驱动单元(Drive Unit)会自动将库存箱或平装包裹从一个位置移动到另一位置,且必须持续移动,以便不断指派新的目标位置。

研究人员的解决方案将MAPF问题建模成一个图形,包含由一系列边(线)连接的顶点(点)。顶点对应位置,而边则对应两个相邻位置与一组智能代理人(例如驱动单元)之间的连接。每台智能代理人都可在每个时步(Timestep)移动到相邻位置,或在目前位置等待。如果两台智能代理人计划同一时步占据相同位置,就会发生碰撞。

(图片来源:ARXIV)

此方案机器人吞吐量更甚其他方法,在少量时步可提升6倍速度

此解决方案旨在规划无碰撞路径,以便将智能代理人移动到目标位置,同时最大化平均访问位置数。考虑到每次碰撞的时间范围必须解决,同时每条路径的频率必须重新规划,此方案更新每个时步的每台智能代理的起点与目标位置,并计算智能代理人需要访问所有位置的步数,也会不断指派新目标位置给智能代理人,直到找到无碰撞路径,并沿着生成的路径移动智能代理人,并按顺序删除访问过的目标位置。

模拟实验中,研究人员将一个物流配送仓库映射到一个33×46的网格,上有16%的障碍物,研究人员表示,吞吐量方面,他们的方法优于其他方法。将物流分拣中心(Logistic Sorting Center)映射到37×77网格(有10%障​​碍物),某些格子代表输送槽及人们会将包裹放在驱动单元上的工作站,论文并指出,少量时步可在不影响吞吐量的情况下让整体设计框架的速度提高6倍。

“我们的设计框架不仅适用于一般图形,而且还能产生更好的吞吐量,”共同作者写道:“整体而言,我们的框架适用一般图形,通过用户指定的频率调用执行重新规划,并能生成灵活的计划,不仅可适应线上设置,而且还可避免对遥远未来的期待会浪费不必要的运算量。”

(首图来源:亚马逊)