CAHSOR: Competence-Aware High-Speed Off-Road Ground Navigation in SE(3)

要約

従来の地上車両の作業空間は通常 2D 平面、つまり SE(2) 内にあると想定されますが、構造のないオフロード地形を高速で走行する場合、そのような想定は当てはまらない可能性があります。
– 摩擦面は車両の横転を引き起こす可能性があります。
緩い砂利や草の上で積極的に方向転換すると、非ホロノミック制約に違反し、重大な横滑りを引き起こす可能性があります。
起伏の多い地形を高速で走行すると、垂直軸に沿って広範囲の振動が発生します。
したがって、現在、ほとんどのオフロード車両は、車両の安定性と安全性を確保するために低速でのみ走行するように制限されています。
この研究では、高速オフロード車両に SE(3) の能力認識を与え、6-DoF の前方運動力学モデルを使用して異なる地形で積極的な操縦を行った場合の結果を推論できるようにすることを目的としています。
このモデルは、マルチモーダルな自己監視型の車両と地形の相互作用を使用して、オフロード ナビゲーション用の視覚的および慣性地形表現 (TRON) から学習されます。
私たちは、自律ナビゲーションと人間による共有制御セットアップの両方において、物理的な地上ロボットに対するコンピテンスを意識した高速オフロード (CAHSOR) ナビゲーション アプローチの有効性を実証し、CAHSOR が車両の不安定性を効果的に 62% 低減できることを示します。
TRON を使用すると、平均速度は 8.6% 低下するだけです。

要約(オリジナル)

While the workspace of traditional ground vehicles is usually assumed to be in a 2D plane, i.e., SE(2), such an assumption may not hold when they drive at high speeds on unstructured off-road terrain: High-speed sharp turns on high-friction surfaces may lead to vehicle rollover; Turning aggressively on loose gravel or grass may violate the non-holonomic constraint and cause significant lateral sliding; Driving quickly on rugged terrain will produce extensive vibration along the vertical axis. Therefore, most offroad vehicles are currently limited to drive only at low speeds to assure vehicle stability and safety. In this work, we aim at empowering high-speed off-road vehicles with competence awareness in SE(3) so that they can reason about the consequences of taking aggressive maneuvers on different terrain with a 6-DoF forward kinodynamic model. The model is learned from visual and inertial Terrain Representation for Off-road Navigation (TRON) using multimodal, self-supervised vehicle-terrain interactions. We demonstrate the efficacy of our Competence-Aware High-Speed Off-Road (CAHSOR) navigation approach on a physical ground robot in both an autonomous navigation and a human shared-control setup and show that CAHSOR can efficiently reduce vehicle instability by 62% while only compromising 8.6% average speed with the help of TRON.

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