A key challenge in off-road navigation is that even visually similar or semantically identical terrain may have substantially different traction properties. Existing work typically assumes a nominal or expected robot dynamical model for planning, which can lead to degraded performance if the assumed models are not realizable given the terrain properties. In contrast, this work introduces a new probabilistic representation of traversability as a distribution of parameters in the robot's dynamical model that are conditioned on the terrain characteristics. This model is learned in a self-supervised manner by fitting a probability distribution over the parameters identified online, encoded as a neural network that takes terrain features as input. This work then presents two risk-aware planning algorithms that leverage the learned traversability model to plan risk-aware trajectories. Finally, a method for detecting unfamiliar terrain with respect to the training data is introduced based on a Gaussian Mixture Model fit to the latent space of the trained model. Experiments demonstrate that the proposed approach outperforms existing work that assumes nominal or expected robot dynamics in both success rate and completion time for representative navigation tasks. Furthermore, when the proposed approach is deployed in an unseen environment, excluding unfamiliar terrains during planning leads to improved success rate.


翻译:越野导航中的一个关键挑战是,即使是视觉上相似或线性相同的地形,也可能具有显著不同的牵引特性。现有工作通常假定一个名义或预期的机器人动态规划模型,如果假设模型的地形特性无法实现,则该模型将会导致性能退化。与此相反,这项工作引入了一种新的概率描述方法,即根据地形特征对机器人动态模型中的各种参数进行分布,以地形特征为条件。这一模型以自我监督的方式学习,方法是在网上确定、编码成神经网络的参数上进行概率分布,而神经网络则以地形特征为投入。这项工作随后提出了两种风险意识规划算法,利用所学的可转移模型规划风险轨道。最后,根据高斯混合模型采用了一种方法来探测培训数据不熟悉的地形,该模型与经过培训模型的潜在空间相适应。实验表明,拟议的方法超出了现有工作的范围,即在具有代表性导航任务的成功率和完成时间中以名义或预期的机器人动态为模式。此外,在不熟悉的地形规划期间,将采用不熟悉的成功率加以排除。

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