[논문 리뷰] F1/10: An Open-Source Autonomous Cyber-Physical Platform

Matthew O’Kelly, Varundev Sukhil외 9명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 24.

Autonomous Vehicle Technology and Safety참고 문헌 44인용 수 85

한 줄 요약

논문은 F1/10을 소개합니다, 전체 센싱, 지각, 계획, 제어 및 네트워킹 스택을 갖춘 오픈소스이면서 저비용의 1/10 스케일 자율주행 차량 실험대이며 연구 및 교육을 위해 설계되었습니다. 이 플랫폼이 자율 시스템에서 실제 세계 실험과 협업을 가능하게 하는 방법을 보여줍니다.

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.

연구 동기 및 목표

• 연구 및 교육을 위한 개방적이고 저렴하며 고성능의 자율 사이버-물리 플랫폼을 제공한다.
• 전체 규모의 자율주행 차량 기능을 모사하는 모듈형 하드웨어 및 소프트웨어 스택을 제공합니다.
• 대표적인 연구 활용 사례를 보여준다(인지, 계획, 제어, V2V, 및 실험적 시뮬레이션을 포함) 실제 시험대에서.
• 1/10 스케일 연구에서 전체 규모 자율주행 차량으로의 경로를 제공하고 커뮤니티 채택을 강조한다.

제안 방법

• 1/10-scale 자율 주행 레이싱 카를 조립하기 위한 오픈소스 기계 설계 및 키트.
• 지각, 계획, 제어 및 조정을 다루는 ROS 기반 소프트웨어 스택.
• LiDAR, 단안/스테레오 카메라 및 IMU를 포함하고 Jetson TX2 계산을 활용하는 구성 가능한 센서 모음.
• 교육 및 실험을 위한 Gazebo 기반 시뮬레이션 환경 및 온라인 자료.
• 로컬 플래너로서 모델 예측 제어와 큐빅-스플라인 궤적 생성 및 보조 학습된 MPC 근사체.
• 원형 교차로 및 고속 병합과 같은 V2V 통신 노드 및 시험 시나리오.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 오픈소스이면서 저렴한 1/10 스케일 플랫폼이 CPS 내의 현실적인 AV 연구와 교육을 어떻게 가능하게 할 수 있는가?
• RQ2 소형 스케일 플랫폼에서 전체 규모 자율주행 차량 파이프라인을 모사하는 데 필요한 핵심 하드웨어 및 소프트웨어 스택 구성 요소는 무엇인가?
• RQ3 지각, 계획, 제어 및 V2V 조정은 실제 제약 조건 하의 공통 연구 도구에서 어떻게 프로토타입화하고 테스트할 수 있는가?
• RQ4 F1/10에서 자율주행 알고리즘을 검증하는 데 있어 시뮬레이션 및 실시간 시스템 연구의 역할은 무엇인가?

주요 결과

• F1/10은 자율 시스템 연구를 위한 오픈소스 하드웨어 설계, 소프트웨어 스택, 시뮬레이터 및 교육 프로그램을 제공한다.
• 플랫폼은 모듈식 샤시와 Jetson TX2를 갖춘 ROS를 사용하여 1/10 스케일의 현실적인 다이나믹스와 시속 최대 40 mph의 속도를 가능하게 한다.
• 20개 이상의 기관이 F1/10을 활용하고 있어 커뮤니티와 협력 연구가 확대되고 있다.
• 스택은 장애물 회피, 엔드투엔드 주행, MPC, 그리고 V2V 조정을 포함한 다양한 연구 영역을 지원한다.
• 데이터 세트에는 엔드투엔드 주행 실험을 위한 40,000개가 넘는 레이블 이미지가 포함되어 있다.
• 1/10 스케일 연구에서 전체 규모 자율주행 차량으로의 다리 역할이 사례 연구와 국제적 채택을 통해 시연된다.