Budget-optimal multi-robot layout design for box sorting

计算机科学 工作区 机器人 网格 运动规划 灵活性(工程) 页面布局 水准点(测量) 启发式 图形 可达性 运动学 分类 分类 任务(项目管理) 占用网格映射 启发式 抓住 贴片设备 机构设计 有效载荷(计算) 分布式计算 自动化 布线(电子设计自动化) 管道(软件) 模拟 匹配(统计) 机器人运动学 路径(计算) 控制工程 概率路线图 数学优化 平面布置图 最优化问题 实时计算
作者
Peiyu Zeng,Yijiang Huang,Simon Huber,Stelian Coros
标识
DOI:10.1109/iros60139.2025.11246555
摘要

Robotic systems are routinely used in the logistics industry to enhance operational efficiency, but the design of robot workspaces remains a complex and manual task, which limits the system’s flexibility to changing demands. This paper aims to automate robot workspace design by proposing a computational framework to generate a budget-minimizing layout by selectively placing stationary robots on a floor grid to sort packages from given input and output locations. Finding a good layout that minimizes the hardware budget while ensuring motion feasibility is a challenging combinatorial problem with nonconvex motion constraints. We propose a new optimization-based approach that models layout planning as a subgraph optimization problem subject to network flow constraints. Our core insight is to abstract away motion constraints from the layout optimization by precomputing a kinematic reachability graph and then extract the optimal layout on this ground graph. We validate the motion feasibility of our approach by proposing a simple task assignment and motion planning technique. We benchmark our algorithm on problems with various grid resolutions and number of outputs and show improvements in memory efficiency over a heuristic search algorithm. In addition, we demonstrate that our algorithm can be extended to handle various types of robot manipulators and conveyor belts, box payload constraints, and cost assignments.
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