Waverider: Leveraging Hierarchical, Multi-Resolution Maps for Efficient and Reactive Obstacle Avoidance

要約

高速かつ確実に障害物を回避することは、移動ロボットにとって重要なタスクです。
この研究では、最小限のリソース使用で数百ヘルツで動作しながら、高品質の障害物回避を提供する効率的なリアクティブ システムを提案します。
私たちのアプローチは、階層的な体積マップ表現であるウェーブマップと、リーマン運動ポリシー (RMP) を通じて定式化された新しい階層的で並列化可能な障害物回避アルゴリズムを組み合わせたものです。
提案されたナビゲーション システムは、多重解像度の障害物回避ポリシーを活用して、正確で低遅延 (36 ミリ秒) で、非常に大きな知覚半径 (30 メートル) での非常に効率的な障害物回避を容易にします。
屋内および屋外の地図に対して広範な統計評価を実行し、提案されたシステムが固定解像度の RMP バリアントや CHOMP と比較して優れていることを検証します。
最後に、RMP 定式化により、障害物回避と目標探索などの追加目的をシームレスに融合して、多用途で堅牢な本格的なナビゲーション システムを実現できます。
このシステムを超小型航空機に導入し、屋内の障害物コースをどのように移動するかを示します。
waverider と呼ばれる完全な実装は、オープンソースとして利用可能です。

要約(オリジナル)

Fast and reliable obstacle avoidance is an important task for mobile robots. In this work, we propose an efficient reactive system that provides high-quality obstacle avoidance while running at hundreds of hertz with minimal resource usage. Our approach combines wavemap, a hierarchical volumetric map representation, with a novel hierarchical and parallelizable obstacle avoidance algorithm formulated through Riemannian Motion Policies (RMP). Leveraging multi-resolution obstacle avoidance policies, the proposed navigation system facilitates precise, low-latency (36ms), and extremely efficient obstacle avoidance with a very large perceptive radius (30m). We perform extensive statistical evaluations on indoor and outdoor maps, verifying that the proposed system compares favorably to fixed-resolution RMP variants and CHOMP. Finally, the RMP formulation allows the seamless fusion of obstacle avoidance with additional objectives, such as goal-seeking, to obtain a fully-fledged navigation system that is versatile and robust. We deploy the system on a Micro Aerial Vehicle and show how it navigates through an indoor obstacle course. Our complete implementation, called waverider, is made available as open source.

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