[論文レビュー] F1/10: An Open-Source Autonomous Cyber-Physical Platform

Matthew O’Kelly, Varundev Sukhil+9 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2019

Autonomous Vehicle Technology and Safety参考文献 44被引用数 85

ひとこと要約

本論文は F1/10 を紹介する。F1/10 は研究と教育を目的とした、完全なセンシング・知覚・計画・制御・ネットワーキングスタックを備えた、オープンソースで手頃な価格の1/10スケール自律走行車の実験基盤である。プラットフォームが現実世界での実験と自律システムにおける協働をいかに可能にするかを示している。

ABSTRACT

In 2005 DARPA labeled the realization of viable autonomous vehicles (AVs) a grand challenge; a short time later the idea became a moonshot that could change the automotive industry. Today, the question of safety stands between reality and solved. Given the right platform the CPS community is poised to offer unique insights. However, testing the limits of safety and performance on real vehicles is costly and hazardous. The use of such vehicles is also outside the reach of most researchers and students. In this paper, we present F1/10: an open-source, affordable, and high-performance 1/10 scale autonomous vehicle testbed. The F1/10 testbed carries a full suite of sensors, perception, planning, control, and networking software stacks that are similar to full scale solutions. We demonstrate key examples of the research enabled by the F1/10 testbed, and how the platform can be used to augment research and education in autonomous systems, making autonomy more accessible.

研究の動機と目的

• 研究と教育のための、オープンで手頃な価格かつ高性能な自律サイバー物理プラットフォームを提供する。
• 完全規模の自動運転車の機能を模倣するモジュラーなハードウェアとソフトウェアスタックを提供する。
• 現実のテストベッド上で、知覚・計画・制御・V2V・シミュレーションを含む代表的な研究利用法を紹介する。
• 1/10スケールの研究から完全規模の自動運転車への道筋を提供し、コミュニティの採用を強調する。

提案手法

• 1/10スケールの自律レーシングカーを組み立てるためのオープンソースの機械設計とキット。
• 知覚・計画・制御・協調をカバーするROSベースのソフトウェアスタック。
• LiDAR・モノクロ/ステレオカメラ・IMUを含む構成可能なセンサ群とJetson TX2計算を備える。
• Gazeboベースのシミュレーション環境と教育・実験のためのオンラインリソース。
• 局所プランナーとしてのモデル予測制御と三次スプライン軌道生成、および学習済みMPC近似器を補助として。
• V2V通信ノードと、環状交差点、高速度合流などのテストシナリオ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オープンソースで手頃な1/10スケールのプラットフォームは、CPSにおける現実的な自動運転研究と教育をどのように可能にできるか。
• RQ2 小規模プラットフォーム上で完全規模の自動運転車パイプラインを再現するために必要なコアハードウェアとソフトウェアスタックの要素は何か。
• RQ3 知覚・計画・制御・V2V協調を、現実世界の制約下で共通の研究機器上でどのようにプロトタイピングし、テストするか。
• RQ4 F1/10上で自動運転アルゴリズムを検証する際のシミュレーションとリアルタイムシステム研究の役割は何か。

主な発見

• F1/10 は自律システム研究のためのオープンソースのハードウェア設計、ソフトウェアスタック、シミュレーター、および教育プログラムを提供する。
• プラットフォームはモジュラーシャーシとJetson TX2を備えたROSを採用しており、1/10スケールで現実的なダイナミクスと40 mphまでの速度を実現する。
• 20以上の機関がF1/10を活用しており、成長するコミュニティと協力研究を育んでいる。
• このスタックは障害物回避、エンドツーエンドの運転、MPC、V2V協調など多様な研究領域をサポートする。
• データセットにはエンドツーエンドの運転実験向けに40,000点以上のラベル付き画像を含む。
• ケーススタディと国際的採用を通じて、1/10スケールの研究から完全規模の自動運転車への架け橋を実証している。