Autonomous exploration requires a robot to explore an unknown environment while constructing an accurate map using Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) techniques. Without prior information, the exploration performance is usually conservative due to the limited planning horizon. This paper exploits prior information about the environment, represented as a topo-metric graph, to benefit both the exploration efficiency and the pose graph reliability in SLAM. Based on the relationship between pose graph reliability and graph topology, we formulate a SLAM-aware path planning problem over the prior graph, which finds a fast exploration path enhanced with the globally informative loop-closing actions to stabilize the SLAM pose graph. A greedy algorithm is proposed to solve the problem, where theoretical thresholds are derived to significantly prune non-optimal loop-closing actions, without affecting the potential informative ones. Furthermore, we incorporate the proposed planner into a hierarchical exploration framework, with flexible features including path replanning, and online prior graph update that adds additional information to the prior graph. Simulation and real-world experiments indicate that the proposed method can reliably achieve higher mapping accuracy than compared methods when exploring environments with rich topologies, while maintaining comparable exploration efficiency. Our method has been open-sourced on GitHub.


翻译:自主探索要求机器人在未知环境中进行探索,同时利用同步定位与建图(SLAM)技术构建精确地图。在缺乏先验信息的情况下,由于规划视野有限,探索性能通常较为保守。本文利用以拓扑度量图形式表示的环境先验信息,旨在同时提升探索效率与SLAM中的位姿图可靠性。基于位姿图可靠性与图拓扑结构之间的关系,我们在先验图上构建了一个SLAM感知路径规划问题,该问题通过融合全局信息丰富的闭环动作来寻找快速探索路径,以稳定SLAM位姿图。我们提出一种贪心算法来解决该问题,并推导出理论阈值以显著剪除非最优的闭环动作,同时不影响潜在的信息化动作。此外,我们将所提出的规划器集成到分层探索框架中,该框架具备路径重规划、在线先验图更新(用于向先验图添加额外信息)等灵活特性。仿真与真实环境实验表明,在探索具有丰富拓扑结构的环境时,所提方法能够可靠地实现比对比方法更高的建图精度,同时保持相当的探索效率。我们的方法已在GitHub上开源。

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
17+阅读 · 2018年4月2日
VIP会员
最新内容
《系统簇式多域作战规划范畴论框架》
专知会员服务
5+阅读 · 4月20日
高效视频扩散模型:进展与挑战
专知会员服务
2+阅读 · 4月20日
乌克兰前线的五项创新
专知会员服务
7+阅读 · 4月20日
 军事通信系统与设备的技术演进综述
专知会员服务
5+阅读 · 4月20日
《北约标准:医疗评估手册》174页
专知会员服务
5+阅读 · 4月20日
《提升生成模型的安全性与保障》博士论文
专知会员服务
5+阅读 · 4月20日
美国当前高超音速导弹发展概述
专知会员服务
4+阅读 · 4月19日
无人机蜂群建模与仿真方法
专知会员服务
14+阅读 · 4月19日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员