ETPNav: Evolving Topological Planning for Vision-Language Navigation in Continuous Environments

计算机科学 避障 人工智能 规划师 障碍物 人机交互 移动机器人导航 启发式 计算机视觉 运动规划 实时计算 移动机器人 机器人 机器人控制 政治学 法学
作者
Dong An,Hanqing Wang,Wenguan Wang,Zun Wang,Yan Huang,Keji He,Liang Wang
出处
期刊:IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence [IEEE Computer Society]
卷期号:47 (7): 5130-5145 被引量:46
标识
DOI:10.1109/tpami.2024.3386695
摘要

Vision-language navigation is a task that requires an agent to follow instructions to navigate in environments. It becomes increasingly crucial in the field of embodied AI, with potential applications in autonomous navigation, search and rescue, and human-robot interaction. In this paper, we propose to address a more practical yet challenging counterpart setting - vision-language navigation in continuous environments (VLN-CE). To develop a robust VLN-CE agent, we propose a new navigation framework, ETPNav, which focuses on two critical skills: 1) the capability to abstract environments and generate long-range navigation plans, and 2) the ability of obstacle-avoiding control in continuous environments. ETPNav performs online topological mapping of environments by self-organizing predicted waypoints along a traversed path, without prior environmental experience. It privileges the agent to break down the navigation procedure into high-level planning and low-level control. Concurrently, ETPNav utilizes a transformer-based cross-modal planner to generate navigation plans based on topological maps and instructions. The plan is then performed through an obstacle-avoiding controller that leverages a trial-and-error heuristic to prevent navigation from getting stuck in obstacles. Experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed method. ETPNav yields more than 10% and 20% improvements over prior state-of-the-art on R2R-CE and RxR-CE datasets, respectively.
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