Autonomous flight in cluttered environments requires a robot to build a geometric map of its surroundings and plan safe, dynamically feasible trajectories, all onboard and in real time. Conventional approaches treat mapping and planning as separate stages and often rely on binary occupancy for collision checking. We argue that these two stages should be co-designed around a single representation: a signed distance function (SDF). By encoding distance to the nearest obstacle, an SDF provides richer information for planning and trajectory optimization than occupancy alone. We develop an Octree REsidual Network (OREN) that pairs an explicit octree prior with an implicit neural residual to reconstruct SDFs online from point cloud observations with the efficiency of volumetric methods and the accuracy and differentiability of neural methods. In tandem, we develop Bubble$^\star$, a search-based planner that exploits the distance information to grow maximal collision-free balls, which we call bubbles, with formal guarantees of termination, completeness, and failure detection. Planning over a graph of bubbles significantly reduces collision checks compared to a grid-based A$^\star$ search and returns a bubble sequence that forms a safe corridor for trajectory optimization. We demonstrate the integrated OREN-Bubble$^\star$ approach onboard a quadrotor, navigating unseen indoor environments in real time under tight compute constraints. OREN improves SDF estimation by $22$% compared to baselines, while Bubble$^\star$ finds trajectories spanning $\approx 90$ m through a cluttered environment in $1$-$3$ sec., whereas baselines take up to $10$ sec. in the same environment.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

《动态对抗环境下无人机路径规划算法》
专知会员服务
42+阅读 · 2025年7月22日
【泡泡图灵智库】Detect-SLAM:目标检测和SLAM相互收益
泡泡机器人SLAM
14+阅读 · 2019年6月28日
Fully-Convolutional Siamese Networks for Object Tracking论文笔记
统计学习与视觉计算组
10+阅读 · 2018年10月12日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
8+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
9+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2013年12月31日
VIP会员
相关主题
最新内容
受限仓库多智能体取送中的动态安全等待点选择
《国防技术管理》印度智库报告最新45页
专知会员服务
3+阅读 · 8月28日
《美陆军最新条令:保障行动》
专知会员服务
4+阅读 · 8月28日
算法战场:人工智能如何重新定义军事力量
专知会员服务
5+阅读 · 8月28日
《北约联邦式电子战云架构》
专知会员服务
6+阅读 · 8月27日
《美陆军野战手册:空域管理战术》
专知会员服务
9+阅读 · 8月27日
相关VIP内容
《动态对抗环境下无人机路径规划算法》
专知会员服务
42+阅读 · 2025年7月22日
相关基金
国家自然科学基金
3+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
8+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
9+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2013年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员