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自律ナビゲーションarXiv:2605.12735

統合自律スタック:汎用ロボット自律性のための設計指針に向けて

The Unified Autonomy Stack: Toward a Blueprint for Generalizable Robot Autonomy

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多様な航空・地上ロボットに適用可能な、モジュール統合型の自律システムスタックを提案・公開し、GNSS拒否環境での安全なナビゲーションや探索を実証した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 多様な空中・地上ロボットの形態に対応する resilient autonomy を実現するシステムレベルの解決策「Unified Autonomy Stack」を導入しオープンソース化。 - 三つの相乗モジュール:multi-modal perception、multi-behavior planning、multi-layered safe navigation で構成。 - LiDAR、radar、vision、inertial sensing を融合し、factor graph-based fusion による localization/mapping、semantic scene understanding、sampling-based motion/informative path planning、online reconstructed map 上での planning と deep learning-driven exteroceptive policies、control barrier functions を用いた last-resort safety filt…

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の個別モジュールや特定形態向けシステムと異なり、空中(rotorcraft)と地上(legged)の両方に適用可能な統一アーキテクチャを提供。 - 多様なセンサ融合と多層安全機構を統合し、GNSS-denied や知覚劣化環境での resilient な性能を実証。 - オープンソース化により再現性と採用容易性を高め、フィールドテスト済みの評価データセットも提供。

3. 技術・手法の肝は?

- 中核は三つのモジュール:multi-modal perception、multi-behavior planning、multi-layered safe navigation。 - Perception では LiDAR、radar、vision、inertial sensing を factor graph-based fusion で統合し、localization/mapping と semantic scene understanding を実現。 - Planning では sampling-based techniques を空間スケールに適応させ、motion planning と informative path planning を実行。 - Navigation では online reconstructed map 上での planning、deep learning-driven exteroceptive policies、control barrier functions による last-resort safety filters を組み合わせた多層…

4. どうやって有効だと検証した?

- 空中(rotorcraft)と地上(legged)のロボットを用い、自己相似や煙充満環境、複雑形状、高障害物密度など demanding な環境でフィールドテストを実施。 - これらのテストで resilient な性能を実証。 - 実装、ドキュメント、検証・評価データセットをオープンソースで公開(https://github.com/ntnu-arl/unified_autonomy_stack)。 - 概要とフィールド実験のビデオも提供(https://youtu.be/l8Su8OXsM-E)。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究は明示されていない。関連手法として factor graph-based fusion、sampling-based planning、control barrier functions、deep learning-driven exteroceptive policies が挙げられる。同分野の定番として SLAM、GNSS-denied navigation、safe reinforcement learning などが考えられる。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Mihir Dharmadhikari, Nikhil Khedekar, Mihir Kulkarni, Morten Nissov, Martin Jacquet, Angelos Zacharia, Marvin Harms, Albert Gassol Puigjaner, Philipp Weiss, Kostas Alexis

分類: cs.RO

原文アブストラクト

We introduce and open-source the Unified Autonomy Stack, a system-level solution that enables resilient autonomy across diverse aerial and ground robot morphologies. The architecture centers on three synergistic modules -- multi-modal perception, multi-behavior planning, and multi-layered safe navigation -- that together deliver comprehensive mission autonomy. The stack fuses data from LiDAR, radar, vision, and inertial sensing, enabling (a) robust localization and mapping through factor graph-based fusion, (b) semantic scene understanding, (c) motion and informative path planning through sampling-based techniques adaptive across spatial scales, as well as (d) multi-layered safe navigation both through planning on the online reconstructed map and deep learning-driven exteroceptive policies alongside last-resort safety filters using control barrier functions. The resulting behaviors include safe GNSS-denied navigation into unknown and perceptually-degraded regions, exploration of complex environments, object discovery, and efficient inspection planning. The stack has been field-tested and validated on both aerial (rotorcraft) and ground (legged) robots operating in a host of demanding environments, including self-similar and smoke-filled settings, with complex geometries and high obstacle clutter. These tests demonstrate resilient performance in challenging conditions. To facilitate ease of adoption, we open-source the implementation alongside supporting documentation, validation, and evaluation datasets https://github.com/ntnu-arl/unified_autonomy_stack. A video giving the overview of the paper and the field experiments is available at https://youtu.be/l8Su8OXsM-E.

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