We present a novel approach for enhancing robotic exploration by using generative occupancy mapping. We implement SceneSense, a diffusion model designed and trained for predicting 3D occupancy maps given partial observations. Our proposed approach probabilistically fuses these predictions into a running occupancy map in real-time, resulting in significant improvements in map quality and traversability. We deploy SceneSense on a quadruped robot and validate its performance with real-world experiments to demonstrate the effectiveness of the model. In these experiments we show that occupancy maps enhanced with SceneSense predictions better estimate the distribution of our fully observed ground truth data ($24.44\%$ FID improvement around the robot and $75.59\%$ improvement at range). We additionally show that integrating SceneSense enhanced maps into our robotic exploration stack as a ``drop-in'' map improvement, utilizing an existing off-the-shelf planner, results in improvements in robustness and traversability time. Finally, we show results of full exploration evaluations with our proposed system in two dissimilar environments and find that locally enhanced maps provide more consistent exploration results than maps constructed only from direct sensor measurements.


翻译:本文提出一种利用生成式占据地图增强机器人探索能力的新方法。我们实现了SceneSense——一种专为基于局部观测预测三维占据地图而设计与训练的扩散模型。该方法以概率方式将这些预测实时融合至动态更新的占据地图中,从而显著提升地图质量与可通行性。我们将SceneSense部署于四足机器人,并通过真实环境实验验证其性能,证明了模型的有效性。实验表明,经SceneSense预测增强的占据地图能更准确估计完全观测真实数据的分布(机器人周边区域FID提升24.44%,远距离区域提升75.59%)。进一步实验证明,将SceneSense增强地图作为"即插即用"的地图改进模块集成至机器人探索系统,并利用现有商用规划器,可提升系统鲁棒性并缩短可通行路径规划时间。最后,我们在两种异构环境中对所提系统进行完整探索评估,发现局部增强地图相较于仅依赖直接传感器测量构建的地图,能提供更稳定的探索结果。

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