This paper presents a novel feedback motion planning method for mobile robot navigation in 3D uneven terrains. We take advantage of the \textit{supervoxel} representation of point clouds, which enables a compact connectivity graph of traversable regions on the point cloud maps. Given this graph of traversable areas, our approach navigates the robot to any reachable goal pose using a control Lyapunov function (cLf) and a navigation function. The cLf ensures the kinodynamic feasibility and target convergence of the generated motion plans, while the navigation function optimizes the resulting feedback motion plans. We carried out navigation experiments in real and simulated 3D uneven terrains. In all circumstances, the experimental findings show that our approach performs superior to the baselines, proving the approach's efficiency and adaptability to navigate a robot in challenging uneven 3D terrains. The proposed method can also navigate a robot with a particular objective, e.g., shortest-distance or least-inclined plan. We compared our approach to well-established sampling-based motion planners in which our method outperformed all other planners in terms of execution time and resulting path length. Finally, we provide an open-source implementation of the proposed method to benefit the robotics community.
翻译:本文介绍了在 3D 分布不均的地形中移动机器人导航的新型反馈运动规划方法。 我们利用点云代表 \ textit{ supervoxel} 代表点云, 从而可以在点云图上绘制一个宽度区域的紧凑连通图。 鉴于此可穿行区域图, 我们的方法将机器人引向任何可达到的目标, 使用 Lyapunov 控制功能 (cLf) 和导航功能。 cLf 确保生成的动作计划的动态性能和目标融合, 而导航功能则优化由此产生的反馈运动计划。 我们在实际和模拟的 3D 分布不均匀的地形中进行了导航实验。 我们实验结果显示, 我们的方法优于基线, 证明了在挑战 3D 分布不均匀的地形中驾驶机器人的方法的效率和适应性。 拟议的方法也可以以特定的目标, 例如, 最短距离或最不直线的导航计划 。 我们比较了我们的方法, 将我们的方法与基于抽样的运动规划者进行了优化。 我们的方法在 执行时间和最终路径上超越了所有其他规划者。 最后, 我们提出了一种开放的方法, 向社区实施 。