FALCON: Fast Autonomous Aerial Exploration using Coverage Path Guidance

要約

このペーパーでは、自律航空探査の分野で新しいパフォーマンスベンチマークを設定することを目的としたカバレッジパスガイダンスを使用して、新しい高速自律探査フレームワークであるFalconを紹介します。
ドメインでの最近の進歩にもかかわらず、既存の探査プランナーはしばしば、以前に調査された地域の頻繁な再検討などの非効率性に苦しむことがよくあります。ファルコンは、探査効率を高めるためのオンライン生成カバレッジパスの最大限の可能性を効果的に活用します。
グローバルガイダンスとして機能する未開拓のスペース全体にまたがるカバレッジパス。その後、ローカルプランナーはフロンティアの訪問順序を最適化し、トラバーサル時間を最小限に抑えながら、グローバルなガイダンスの意図を意識的に組み込みます。
同一の四肢装置シミュレーターを使用したさまざまなテストシナリオの探査プランナー。アドディションでは、客観的基準に基づいて最先端の探索プランナーの重要なパフォーマンスの利点を強調するために、詳細な分析と評価が実施されます。
複雑で挑戦的な環境での能力。探査計画者ファルコンと探査計画者評価環境の両方のソースコードがリリースされ、コミュニティに利益をもたらしました。

要約(オリジナル)

This paper introduces FALCON, a novel Fast Autonomous expLoration framework using COverage path guidaNce, which aims at setting a new performance benchmark in the field of autonomous aerial exploration. Despite recent advancements in the domain, existing exploration planners often suffer from inefficiencies such as frequent revisitations of previously explored regions.FALCON effectively harnesses the full potential of online generated coverage paths in enhancing exploration efficiency.The framework begins with an incremental connectivity-aware space decomposition and connectivity graph construction, which facilitate efficient coverage path planning.Subsequently, a hierarchical planner generates a coverage path spanning the entire unexplored space, serving as a global guidance.Then, a local planner optimizes the frontier visitation order, minimizing traversal time while consciously incorporating the intention of the global guidance.Finally, minimum-time smooth and safe trajectories are produced to visit the frontier viewpoints.For fair and comprehensive benchmark experiments, we introduce a lightweight exploration planner evaluation environment that allows for comparing exploration planners across a variety of testing scenarios using an identical quadrotor simulator.Additionally, an in-depth analysis and evaluation is conducted to highlight the significant performance advantages of FALCON in comparison with the state-of-the-art exploration planners based on objective criteria.Extensive ablation studies demonstrate the effectiveness of each component in the proposed framework.Real-world experiments conducted fully onboard further validate FALCON’s practical capability in complex and challenging environments.The source code of both the exploration planner FALCON and the exploration planner evaluation environment has been released to benefit the community.

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