在试图在为人类建立的世界中执行有用任务的类人形机器人时，我们解决了自主运动的问题。人形机器人计划和控制算法在崎rough地形上行走的算法变得越来越有能力。同时，市售的深度摄像机已经变得越来越准确，而GPU计算已成为AI研究中的主要工具。在本文中，我们提出了一个新建造的行为控制系统，用于实现快速，自主，两足步行，而无需暂停或审议。我们使用最近发表的快速平面区域感知算法，基于高度图的身体路径计划器，A*脚步计划器和基于动量的步行控制器来实现这一目标。我们将这些元素放在一起，形成一个由现代软件开发实践和仿真工具支持的行为控制系统。
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本文介绍了Cerberus机器人系统系统，该系统赢得了DARPA Subterranean挑战最终活动。出席机器人自主权。由于其几何复杂性，降解的感知条件以及缺乏GPS支持，严峻的导航条件和拒绝通信，地下设置使自动操作变得特别要求。为了应对这一挑战，我们开发了Cerberus系统，该系统利用了腿部和飞行机器人的协同作用，再加上可靠的控制，尤其是为了克服危险的地形，多模式和多机器人感知，以在传感器退化，以及在传感器退化的条件下进行映射以及映射通过统一的探索路径计划和本地运动计划，反映机器人特定限制的弹性自主权。 Cerberus基于其探索各种地下环境及其高级指挥和控制的能力，表现出有效的探索，对感兴趣的对象的可靠检测以及准确的映射。在本文中，我们报告了DARPA地下挑战赛的初步奔跑和最终奖项的结果，并讨论了为社区带来利益的教训所面临的亮点和挑战。
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While the capabilities of autonomous systems have been steadily improving in recent years, these systems still struggle to rapidly explore previously unknown environments without the aid of GPS-assisted navigation. The DARPA Subterranean (SubT) Challenge aimed to fast track the development of autonomous exploration systems by evaluating their performance in real-world underground search-and-rescue scenarios. Subterranean environments present a plethora of challenges for robotic systems, such as limited communications, complex topology, visually-degraded sensing, and harsh terrain. The presented solution enables long-term autonomy with minimal human supervision by combining a powerful and independent single-agent autonomy stack, with higher level mission management operating over a flexible mesh network. The autonomy suite deployed on quadruped and wheeled robots was fully independent, freeing the human supervision to loosely supervise the mission and make high-impact strategic decisions. We also discuss lessons learned from fielding our system at the SubT Final Event, relating to vehicle versatility, system adaptability, and re-configurable communications.
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随着腿部机器人和嵌入式计算都变得越来越有能力，研究人员已经开始专注于这些机器人的现场部署。在非结构化环境中的强大自治需要对机器人周围的世界感知，以避免危害。但是，由于处理机车动力学所需的复杂规划人员和控制器，因此在网上合并在线的同时在线保持敏捷运动对腿部机器人更具挑战性。该报告将比较三种最新的感知运动方法，并讨论可以使用视觉来实现腿部自主权的不同方式。
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本文介绍了使用腿收割机进行精密收集任务的集成系统。我们的收割机在狭窄的GPS拒绝了森林环境中的自主导航和树抓取了一项挑战性的任务。提出了映射，本地化，规划和控制的策略，并集成到完全自主系统中。任务从使用定制的传感器模块开始使用人员映射感兴趣区域。随后，人类专家选择树木进行收获。然后将传感器模块安装在机器上并用于给定地图内的本地化。规划算法在单路径规划问题中搜索一个方法姿势和路径。我们设计了一个路径，后面的控制器利用腿的收割机的谈判粗糙地形的能力。在达接近姿势时，机器用通用夹具抓住一棵树。此过程重复操作员选择的所有树。我们的系统已经在与树干和自然森林中的测试领域进行了测试。据我们所知，这是第一次在现实环境中运行的全尺寸液压机上显示了这一自主权。
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我们提出并通过实验证明了双层机器人的反应性规划系统，在未开发，具有挑战性的地形上。该系统由低频规划线（5Hz）组成，用于找到渐近最佳路径和高频无功螺纹（300Hz）以适应机器人偏差。规划线程包括：多层本地地图，以计算地形上机器人的拖拉性;任何时间的全向控制Lyapunov函数（CLF），用于快速探索随机树星（RRT *），它会生成一个矢量字段，用于指定节点之间的运动;当最终目标位于当前地图之外时，子目标查找器;和一个有限状态的机器来处理高级任务决策。该系统还包括反应线，以避免在执行路径后用传统的RRT *算法出现的非平滑运动。具有机器人偏差的反应线应对，同时通过矢量字段（由闭环反馈策略定义）消除非平滑运动，其为机器人的步态控制器提供实时控制命令作为瞬时机器人姿势的函数。该系统在Cassie Blue的模拟和实验中进行了各种具有挑战性的户外地形和杂乱的室内场景，这是一个具有20个自由度的双模型机器人。所有实现在C ++中编码了机器人操作系统（ROS），可在https://github.com/umich-bipedlab/clf_reactive_planning_system中获得。
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本文提出了一种新颖的方法，用于在具有复杂拓扑结构的地下领域的搜索和救援行动中自动合作。作为CTU-Cras-Norlab团队的一部分，拟议的系统在DARPA SubT决赛的虚拟轨道中排名第二。与专门为虚拟轨道开发的获奖解决方案相反，该建议的解决方案也被证明是在现实世界竞争极为严峻和狭窄的环境中飞行的机上实体无人机的强大系统。提出的方法可以使无缝模拟转移的无人机团队完全自主和分散的部署，并证明了其优于不同环境可飞行空间的移动UGV团队的优势。该论文的主要贡献存在于映射和导航管道中。映射方法采用新颖的地图表示形式 - 用于有效的风险意识长距离计划，面向覆盖范围和压缩的拓扑范围的LTVMAP领域，以允许在低频道通信下进行多机器人合作。这些表示形式与新的方法一起在导航中使用，以在一般的3D环境中可见性受限的知情搜索，而对环境结构没有任何假设，同时将深度探索与传感器覆盖的剥削保持平衡。所提出的解决方案还包括一条视觉感知管道，用于在没有专用GPU的情况下在5 Hz处进行四个RGB流中感兴趣的对象的板上检测和定位。除了参与DARPA SubT外，在定性和定量评估的各种环境中，在不同的环境中进行了广泛的实验验证，UAV系统的性能得到了支持。
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用多腿机器人的动态跳跃在规划和控制方面提出了一个具有挑战性的问题。制定跳转优化以允许快速在线执行难;有效地使用这种能够生成长地平轨迹的能力进一步复杂化问题。在这项工作中，我们提出了一种新的分层规划框架来解决这个问题。我们首先制定了一个实时的轨道轨迹优化，用于执行全向跳跃。然后，我们将该优化的结果嵌入到低维跳转可行性分类器中。该分类器由高级策划器利用，以产生动态可行的路径，并且对硬件轨迹实现中的可变性也很稳健。我们在迷你猎豹视觉上部署我们的框架，展示了机器人的生成和执行可靠的目标导向路径，这些路径涉及前进，横向和旋转跳跃到比机器人的标称臀部高度高1.35倍。通过全向跳跃计划的能力极大地扩展了机器人相对于限制跳跃到矢状或前平面的规划者的移动性。
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2021-12-03
我们利用了肢体机器人互动和预言的互补优势，实现了点球导航。腿系统能够穿过比轮式机器人更复杂的地形，而是为了充分利用这种能力，我们需要导航系统中的高级路径规划仪，了解在不同地形上的低级运动策略的步行能力。我们通过使用壁虎搜寻反馈来实现这一目标来估计行走政策的安全操作限制，并感知意外障碍和地形性质，如可能被视力错过的地面的平滑度或柔软度。导航系统使用车载相机来生成占用映射和相应的成本图以实现目标。然后，FMM（快速行进方法）规划器然后生成目标路径。速度命令生成器将此作为输入，以从安全顾问，意外障碍和地形速度限制生成作为输入附加约束的机车策略的所需速度。与轮式机器人（Logobot）基线（Logobot）基线和其他具有不相交的基调规划和低级控制的基线显示出卓越的性能。我们还在具有板载传感器和计算的Quadruped Robot上显示了我们系统的真实部署。 https://navigation-locomotion.github.io/camera-ready的视频
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这项研究受到人类行为的启发，提议使用探测策略，并将其整合到遍布性分析框架中，以解决未知的粗糙地形上的安全导航。我们的框架将可折叠信息整合到我们现有的遍历性分析中，因为仅视力和几何信息可能会被不可预测的非刚性地形（例如柔软的土壤，灌木丛或水坑）误导。通过新的遍历性分析框架，我们的机器人对不可预测的地形进行了更全面的评估，这对于其在室外环境中的安全至关重要。该管道首先使用RGB-D摄像头确定地形的几何和语义性能，并在可疑地形上探测位置。使用力传感器对这些区域进行探测，以确定机器人在其上面时崩溃的风险。该风险被称为可折叠度度量，该指标估计了不可预测的区域的地面可折叠性。此后，将可折叠性度量以及几何和语义空间数据结合在一起，并分析以产生全局和局部穿术网格图。这些遍历性网格地图告诉机器人是否可以安全地跨越地图的不同区域。然后使用网格图来生成机器人的最佳路径，以安全地导航其目标。在模拟和现实世界实验中，我们的方法已在四足动物的机器人上成功验证。
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Mohamed Bin Zayed国际机器人挑战（MBZIRC）2020为无人机（无人机）构成了不同的挑战。我们提供了四个量身定制的无人机，专门为MBZIRC的单独空中机器人任务开发，包括自定义硬件和软件组件。在挑战1中，使用高效率，车载对象检测管道进行目标UAV，以捕获来自目标UAV的球。第二个UAV使用类似的检测方法来查找和流行散落在整个竞技场的气球。对于挑战2，我们展示了一种能够自主空中操作的更大的无人机：从相机图像找到并跟踪砖。随后，将它们接近，挑选，运输并放在墙上。最后，在挑战3中，我们的UAV自动发现使用LIDAR和热敏摄像机的火灾。它用船上灭火器熄灭火灾。虽然每个机器人都具有任务特定的子系统，但所有无人机都依赖于为该特定和未来竞争开发的标准软件堆栈。我们介绍了我们最开源的软件解决方案，包括系统配置，监控，强大无线通信，高级控制和敏捷轨迹生成的工具。为了解决MBZirc 2020任务，我们在多个研究领域提出了机器视觉和轨迹生成的多个研究领域。我们介绍了我们的科学贡献，这些贡献构成了我们的算法和系统的基础，并分析了在阿布扎比的MBZIRC竞赛2020年的结果，我们的系统在大挑战中达到了第二名。此外，我们讨论了我们参与这种复杂的机器人挑战的经验教训。
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在本报告中，我们提出了在哥斯达黎加太平洋架子和圣托里尼 - Kolumbo Caldera Complex中，在寻找寿命中的寻找寿命任务中的自主海洋机器人技术协调，操作策略和结果。它作为可能存在于海洋超越地球的环境中的类似物。本报告侧重于ROV操纵器操作的自动化，用于从海底获取有针对性的生物样品收集和返回的。在未来的外星勘查任务到海洋世界的背景下，ROV是一个模拟的行星着陆器，必须能够有能力的高水平自主权。我们的田间试验涉及两个水下车辆，冰（Nui）杂交ROV的两个水下车辆（即，龙眼或自主）任务，都配备了7-DOF液压机械手。我们描述了一种适应性，硬件无关的计算机视觉架构，可实现高级自动化操作。 Vision系统提供了对工作空间的3D理解，以便在复杂的非结构化环境中通知操纵器运动计划。我们展示了视觉系统和控制框架通过越来越具有挑战性的环境中的现场试验的有效性，包括来自活性Undersea火山，Kolumbo内的自动收集和生物样品的回报。根据我们在该领域的经验，我们讨论了我们的系统的表现，并确定了未来研究的有希望的指示。
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基于腿部机器人的基于深的加固学习（RL）控制器表现出令人印象深刻的鲁棒性，可在不同的环境中为多个机器人平台行走。为了在现实世界中启用RL策略为类人类机器人应用，至关重要的是，建立一个可以在2D和3D地形上实现任何方向行走的系统，并由用户命令控制。在本文中，我们通过学习遵循给定步骤序列的政策来解决这个问题。该政策在一组程序生成的步骤序列（也称为脚步计划）的帮助下进行培训。我们表明，仅将即将到来的2个步骤喂入政策就足以实现全向步行，安装到位，站立和攀登楼梯。我们的方法采用课程学习对地形的复杂性，并规避了参考运动或预训练的权重的需求。我们证明了我们提出的方法在Mujoco仿真环境中学习2个新机器人平台的RL策略-HRP5P和JVRC -1-。可以在线获得培训和评估的代码。
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在粗糙的地形上的动态运动需要准确的脚部放置，避免碰撞以及系统的动态不足的计划。在存在不完美且常常不完整的感知信息的情况下，可靠地优化此类动作和互动是具有挑战性的。我们提出了一个完整的感知，计划和控制管道，可以实时优化机器人所有自由度的动作。为了减轻地形所带来的数值挑战，凸出不平等约束的顺序被提取为立足性可行性的局部近似值，并嵌入到在线模型预测控制器中。每个高程映射预先计算了步骤性分类，平面分割和签名的距离场，以最大程度地减少优化过程中的计算工作。多次射击，实时迭代和基于滤波器的线路搜索的组合用于可靠地以高速率解决该法式问题。我们在模拟中的间隙，斜率和踏上石头的情况下验证了所提出的方法，并在Anymal四倍的平台上进行实验，从而实现了最新的动态攀登。
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在腿部机器人技术中，计划和执行敏捷的机动演习一直是一个长期的挑战。它需要实时得出运动计划和本地反馈政策，以处理动力学动量的非物质。为此，我们提出了一个混合预测控制器，该控制器考虑了机器人的致动界限和全身动力学。它将反馈政策与触觉信息相结合，以在本地预测未来的行动。由于采用可行性驱动的方法，它在几毫秒内收敛。我们的预测控制器使Anymal机器人能够在现实的场景中生成敏捷操作。关键要素是跟踪本地反馈策略，因为与全身控制相反，它们达到了所需的角动量。据我们所知，我们的预测控制器是第一个处理驱动限制，生成敏捷的机动操作以及执行低级扭矩控制的最佳反馈策略，而无需使用单独的全身控制器。
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森林中自主冬季导航所固有的挑战包括缺乏可靠的全球导航卫星系统（GNSS）信号，低特征对比度，高照明变化和变化环境。这种类型的越野环境是一个极端的情况，自治车可能会在北部地区遇到。因此，了解对自动导航系统对这种恶劣环境的影响非常重要。为此，我们介绍了一个现场报告分析亚曲率区域中的教导和重复导航，同时受到气象条件的大变化。首先，我们描述了系统，它依赖于点云注册来通过北方林地定位移动机器人，同时构建地图。我们通过在教学和重复模式下在自动导航中进行了在实验中评估了该系统。我们展示了密集的植被扰乱了GNSS信号，使其不适合在森林径中导航。此外，我们突出了在森林走廊中使用点云登记的定位相关的不确定性。我们证明它不是雪降水，而是影响我们系统在环境中定位的能力的积雪。最后，我们从我们的实地运动中揭示了一些经验教训和挑战，以支持在冬季条件下更好的实验工作。
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安装在微空中车辆（MAV）上的地面穿透雷达是有助于协助人道主义陆地间隙的工具。然而，合成孔径雷达图像的质量取决于雷达天线的准确和精确运动估计以及与MAV产生信息性的观点。本文介绍了一个完整的自动空气缩进的合成孔径雷达（GPSAR）系统。该系统由空间校准和时间上同步的工业级传感器套件组成，使得在地面上方，雷达成像和光学成像。自定义任务规划框架允许在地上控制地上的Stripmap和圆形（GPSAR）轨迹的生成和自动执行，以及空中成像调查飞行。基于因子图基于Dual接收机实时运动（RTK）全局导航卫星系统（GNSS）和惯性测量单元（IMU）的测量值，以获得精确，高速平台位置和方向。地面真理实验表明，传感器时机为0.8美元，正如0.1美元的那样，定位率为1 kHz。与具有不确定标题初始化的单个位置因子相比，双位置因子配方可提高高达40％，批量定位精度高达59％。我们的现场试验验证了本地化准确性和精度，使得能够相干雷达测量和检测在沙子中埋入的雷达目标。这验证了作为鸟瞰着地图检测系统的潜力。
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在腿的运动中重新规划对于追踪所需的用户速度，在适应地形并拒绝外部干扰的同时至关重要。在这项工作中，我们提出并测试了实验中的实时非线性模型预测控制（NMPC），用于腿部机器人，以实现各种地形上的动态运动。我们引入了一种基于移动性的标准来定义NMPC成本，增强了二次机器人的运动，同时最大化腿部移动性并提高对地形特征的适应。我们的NMPC基于实时迭代方案，使我们能够以25美元的价格重新计划在线，\ Mathrm {Hz} $ 2 $ 2 $ 2美元的预测地平线。我们使用在质量框架中心中定义的单个刚体动态模型，以提高计算效率。在仿真中，测试NMPC以横穿一组不同尺寸的托盘，走进V形烟囱，并在崎岖的地形上招揽。在真实实验中，我们展示了我们的NMPC与移动功能的有效性，使IIT为87美元\，\ Mathrm {kg} $四分之一的机器人HIQ，以实现平坦地形上的全方位步行，横穿静态托盘，并适应在散步期间重新定位托盘。
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In this work, we show how to learn a visual walking policy that only uses a monocular RGB camera and proprioception. Since simulating RGB is hard, we necessarily have to learn vision in the real world. We start with a blind walking policy trained in simulation. This policy can traverse some terrains in the real world but often struggles since it lacks knowledge of the upcoming geometry. This can be resolved with the use of vision. We train a visual module in the real world to predict the upcoming terrain with our proposed algorithm Cross-Modal Supervision (CMS). CMS uses time-shifted proprioception to supervise vision and allows the policy to continually improve with more real-world experience. We evaluate our vision-based walking policy over a diverse set of terrains including stairs (up to 19cm high), slippery slopes (inclination of 35 degrees), curbs and tall steps (up to 20cm), and complex discrete terrains. We achieve this performance with less than 30 minutes of real-world data. Finally, we show that our policy can adapt to shifts in the visual field with a limited amount of real-world experience. Video results and code at https://antonilo.github.io/vision_locomotion/.
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船上自治技术，如规划和调度，识别科学目标和基于内容的数据摘要，将导致令人兴奋的新空间科学任务。然而，尚未研究具有此类船上自治能力的经营任务的挑战，这是足以在使命概念中考虑的细节水平。这些自主功能需要更改当前的操作流程，实践和工具。我们制定了一个案例研究，以评估使运营商和科学家通过促进地面人员和车载算法之间的共同模型来运营自主航天器所需的变化。我们评估使运营商和科学家能够向航天器传达所需的新的操作工具和工作流程，并能够重建和解释船上和航天器状态的决定。这些工具的模型用于用户学习，了解过程和工具在实现共享理解框架方面的有效性，以及在运营商和科学家有效实现特派团科学目标的能力。
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