Exploring Unstructured Environments using Minimal Sensing on Cooperative Nano-Drones

要約

最近の進歩により、ペイロードの制約下での自律ナビゲーションとマッピングが改善されましたが、現在のマルチロボット検査アルゴリズムは、重いセンサーと大量の計算リソースが必要なため、ナノドローンには適していません。
これらの課題に対処するために、ナノドローンの群れの限られたセンシング能力を処理するように設計された新しいハイブリッド フロンティア レンジ バグ アルゴリズムである ExploreBug を導入します。
このシステムには、マッピング サブシステム、探索サブシステム、ナビゲーション サブシステムという 3 つの主要コンポーネントが含まれています。
さらに、ドローン間の衝突を防ぐために、群内衝突回避システムが統合されています。
私たちは、シミュレーションでは最大 7 台、実世界の設定では 3 台のドローンを使用し、さまざまな障害物構成を横切り、最大ナビゲーション速度 0.75 m/s を使用した広範なシミュレーションと実世界の探査実験を通じて、アプローチの有効性を検証します。
私たちのテストでは、このアルゴリズムが、最小限のセンシングでも、さまざまな群れのサイズや障害物の密度にわたって探査タスクを効率的に完了できることが実証されました。
さらに、当社のフロンティア割り当てヒューリスティックは、群れ内の各ドローンが移動する探索エリアと経路の均等な分布を保証します。
私たちは、自律型ナノドローンを使用したマッピングと探査のさらなる開発を促進するために、提案されたシステムのソースコードを一般に公開します。

要約(オリジナル)

Recent advances have improved autonomous navigation and mapping under payload constraints, but current multi-robot inspection algorithms are unsuitable for nano-drones due to their need for heavy sensors and high computational resources. To address these challenges, we introduce ExploreBug, a novel hybrid frontier range bug algorithm designed to handle limited sensing capabilities for a swarm of nano-drones. This system includes three primary components: a mapping subsystem, an exploration subsystem, and a navigation subsystem. Additionally, an intra-swarm collision avoidance system is integrated to prevent collisions between drones. We validate the efficacy of our approach through extensive simulations and real-world exploration experiments involving up to seven drones in simulations and three in real-world settings, across various obstacle configurations and with a maximum navigation speed of 0.75 m/s. Our tests demonstrate that the algorithm efficiently completes exploration tasks, even with minimal sensing, across different swarm sizes and obstacle densities. Furthermore, our frontier allocation heuristic ensures an equal distribution of explored areas and paths traveled by each drone in the swarm. We publicly release the source code of the proposed system to foster further developments in mapping and exploration using autonomous nano drones.

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