Autonomous navigation in 3D is a fundamental problem for autonomy. Despite major advancements in terrestrial and aerial settings due to improved range sensors including LiDAR, compact sensors with similar capabilities for underwater robots have only recently become available, in the form of 3D sonars. This paper introduces a novel underwater 3D navigation pipeline, called SHRUMS (Sensor Hallucination for Robust Underwater Motion planning with 3D Sonar). To the best of the authors' knowledge, SHRUMS is the first underwater autonomous navigation stack to integrate a 3D sonar. The proposed pipeline exhibits strong robustness while operating in complex 3D environments in spite of extremely poor visibility conditions. To accommodate the intricacies of the novel sensor data stream while achieving real-time locally optimal performance, SHRUMS introduces the concept of hallucinating sensor measurements from non-existent sensors with convenient arbitrary parameters, tailored to application specific requirements. The proposed concepts are validated with real 3D sonar sensor data, utilizing real inputs in challenging settings and local maps constructed in real-time. Field deployments validating the proposed approach in full are planned in the very near future.


翻译:三维自主导航是自主系统的核心问题。尽管得益于包括激光雷达在内的改进型测距传感器,陆地和空中领域的自主导航已取得重大进展,但具备类似功能的水下机器人紧凑型传感器——即三维声呐——直到最近才得以问世。本文提出了一种名为SHRUMS(基于三维声呐的鲁棒水下运动规划传感器幻觉方法)的新型水下三维导航流程。据作者所知,SHRUMS是首个集成三维声呐的水下自主导航系统。该流程在复杂三维环境中展现出强大的鲁棒性,即使在能见度极差的条件下也能稳定运行。为适应新型传感器数据流的复杂性并实现实时局部最优性能,SHRUMS提出了传感器幻觉的概念:根据特定应用需求,虚拟生成具有任意便捷参数的非实体传感器测量数据。所提出的概念通过真实三维声呐传感器数据进行了验证,包括在挑战性环境中使用实时输入数据及实时构建的局部地图。完整的实地部署验证计划将在近期实施。

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