Obstacle avoidance of quadrotors in dynamic environments, with both static and dynamic obstacles, is still a very open problem. Current works commonly leverage traditional static maps to represent static obstacles and the detection and tracking of moving objects (DATMO) method to model dynamic obstacles separately. The dynamic obstacles are pre-trained in the detector and can only be modeled with certain shapes, such as cylinders or ellipsoids. This work utilizes our dual-structure particle-based (DSP) dynamic occupancy map to represent the arbitrary-shaped static obstacles and dynamic obstacles simultaneously and proposes an efficient risk-aware sampling-based local trajectory planner to realize safe flights in this map. The trajectory is planned by sampling motion primitives generated in the state space. Each motion primitive is divided into two phases: short-term planning with a strict risk limitation and relatively long-term planning designed to avoid high-risk regions. The risk is evaluated with the predicted future occupancy status, represented by particles, considering the time dimension. With an approach to split from and merge to global trajectories, the planner can also be used with an arbitrary preplanned global trajectory. Comparison experiments show that the obstacle avoidance system composed of the DSP map and our planner performs the best in dynamic environments. In real-world tests, our quadrotor reaches a speed of 6 m/s with the motion capture system and 2 m/s with everything computed on a low-price single board computer.


翻译:目前的工作通常利用传统的静态地图代表静态障碍和动态障碍,对移动物体(DATMO)进行探测和跟踪,以分别模拟动态障碍。动态障碍在探测器上先受过训练,只能以某些形状(如气瓶或环球)进行模拟。这项工作利用以双结构颗粒为基础的动态占用图(DSP)同时代表任意形成的静态障碍和动态障碍,并提出一个高效的、有风险觉察力的基于抽样的本地轨迹规划员来实现该地图上的安全飞行。轨迹由州空间产生的原始物体(DATMO)抽样运动规划,每个原始物体都分为两个阶段:有严格风险限制的短期规划以及为了避免高风险区域而设计的长期规划。这项工作利用以粒子为代表的预测未来占用状态来评估风险。考虑到时间层面,在从和合并到全球轨迹时,规划者还可以使用一个高效的、有风险觉察觉察力的、基于抽样测的基于抽样测的取样点的地方轨迹仪来实现安全飞行。该轨迹是州空间中生成的原始物体取样运动。每个运动的每个运动,比较实验显示避免风险状况的系统,这是由预测算系统进行。

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