視覚支援UAVナビゲーションと勾配ベースBスプライン軌道最適化による動的障害物回避
Vision-aided UAV navigation and dynamic obstacle avoidance using gradient-based B-spline trajectory optimization
機載視覚とボクセルマップを用いて静的・動的障害物を同時に扱い、勾配ベースのBスプライン軌道最適化でリアルタイムに衝突回避軌道を生成するUAVナビゲーション手法を提案した。
著者: Zhefan Xu, Yumeng Xiu, Xiaoyang Zhan, Baihan Chen, Kenji Shimada
分類: cs.RO, cs.AI
原文アブストラクト
Navigating dynamic environments requires the robot to generate collision-free trajectories and actively avoid moving obstacles. Most previous works designed path planning algorithms based on one single map representation, such as the geometric, occupancy, or ESDF map. Although they have shown success in static environments, due to the limitation of map representation, those methods cannot reliably handle static and dynamic obstacles simultaneously. To address the problem, this paper proposes a gradient-based B-spline trajectory optimization algorithm utilizing the robot's onboard vision. The depth vision enables the robot to track and represent dynamic objects geometrically based on the voxel map. The proposed optimization first adopts the circle-based guide-point algorithm to approximate the costs and gradients for avoiding static obstacles. Then, with the vision-detected moving objects, our receding-horizon distance field is simultaneously used to prevent dynamic collisions. Finally, the iterative re-guide strategy is applied to generate the collision-free trajectory. The simulation and physical experiments prove that our method can run in real-time to navigate dynamic environments safely. Our software is available on GitHub as an open-source package.
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