使用全景激光雷达-相机融合的地面机器人对复杂环境的语义探索与稠密建图

本文提出一种系统，利用配备激光雷达-全景相机套件的地面机器人，对复杂未知环境进行自主语义探索与稠密语义目标建图。现有方法通常难以在从多个视角收集高质量观测与避免不必要的重复遍历之间取得平衡。为填补这一空白，我们提出一个结合建图与规划的完整系统。我们首先将任务重新定义为同时完成几何覆盖与语义视点观测。随后，我们分别管理语义与几何视点，并提出一种新颖的优先级驱动解耦局部采样器来生成局部视点集合。这实现了显式的多视角语义检查与体素覆盖，且无需不必要的重复。在此基础上，我们开发了一个分层规划器以确保高效的全局覆盖。此外，我们提出一种安全激进探索状态机，在确保机器人安全的同时允许激进的探索行为。我们的系统包含一个即插即用的语义目标建图模块，可与最先进的 SLAM 算法无缝集成，实现点云级别的稠密语义目标建图。我们通过在真实仿真与复杂真实世界环境中的大量实验验证了该方法。仿真结果表明，我们的规划器在保证指定数量多视角检查的同时，实现了更快的探索速度与更短的行进距离。真实世界实验进一步证实了该系统在实现非结构化环境准确稠密语义目标建图方面的有效性。