在执行视觉伺服或对象跟踪任务时，有效的传感器规划对于保持目标的目标是必不可少的，或者在缺失时重新定位它们。特别是，当处理从传感器的视野中缺少的已知目标时，我们建议使用与上下文信息相关的先验知识来估计其可能的位置。为此，本研究提出了一种动态贝叶斯网络，它使用上下文信息来有效地搜索目标。 Monte Carlo颗粒滤波器用于近似目标状态的后验概率，从中定义不确定性。我们通过信息理论形式主义定义机器人的实用程序函数，因为寻求最佳动作减少了任务的不确定性，提示机器人代理商调查最可能存在的目标的位置。使用上下文状态模型，我们使用部分可观察的Markov决策过程设计代理的高级决策框架。根据通过顺序观察的基础上下文的估计信仰状态，决定了机器人的导航行动进行探索性和检测任务。通过使用这种多模态上下文模型，我们的代理可以有效处理基本动态事件，例如妨碍目标或从视野中的缺失。我们实时实施并展示移动机器人的这些功能。

嘈杂的传感，不完美的控制和环境变化是许多现实世界机器人任务的定义特征。部分可观察到的马尔可夫决策过程（POMDP）提供了一个原则上的数学框架，用于建模和解决不确定性下的机器人决策和控制任务。在过去的十年中，它看到了许多成功的应用程序，涵盖了本地化和导航，搜索和跟踪，自动驾驶，多机器人系统，操纵和人类机器人交互。这项调查旨在弥合POMDP模型的开发与算法之间的差距，以及针对另一端的不同机器人决策任务的应用。它分析了这些任务的特征，并将它们与POMDP框架的数学和算法属性联系起来，以进行有效的建模和解决方案。对于从业者来说，调查提供了一些关键任务特征，以决定何时以及如何成功地将POMDP应用于机器人任务。对于POMDP算法设计师，该调查为将POMDP应用于机器人系统的独特挑战提供了新的见解，并指出了有希望的新方向进行进一步研究。

主动同时定位和映射（SLAM）是规划和控制机器人运动以构建周围环境中最准确，最完整的模型的问题。自从三十多年前出现了积极感知的第一项基础工作以来，该领域在不同科学社区中受到了越来越多的关注。这带来了许多不同的方法和表述，并回顾了当前趋势，对于新的和经验丰富的研究人员来说都是非常有价值的。在这项工作中，我们在主动大满贯中调查了最先进的工作，并深入研究了仍然需要注意的公开挑战以满足现代应用程序的需求。为了实现现实世界的部署。在提供了历史观点之后，我们提出了一个统一的问题制定并审查经典解决方案方案，该方案将问题分解为三个阶段，以识别，选择和执行潜在的导航措施。然后，我们分析替代方法，包括基于深入强化学习的信念空间规划和现代技术，以及审查有关多机器人协调的相关工作。该手稿以讨论新的研究方向的讨论，解决可再现的研究，主动的空间感知和实际应用，以及其他主题。

感知，规划，估算和控制的当代方法允许机器人在不确定，非结构化环境中的远程代理中稳健运行。此进度现在创造了机器人不仅在隔离，而且在我们的复杂环境中运行的机器人。意识到这个机会需要一种高效且灵活的媒介，人类可以与协作机器人沟通。自然语言提供了一种这样的媒体，通过对自然语言理解的统计方法的重大进展，现在能够解释各种自由形式命令。然而，大多数当代方法需要机器人环境的详细，现有的空间语义地图，这些环境模拟了话语可能引用的可能引用的空间。因此，当机器人部署在新的，先前未知或部分观察到的环境中时，这些方法发生故障，特别是当环境的心理模型在人类运营商和机器人之间不同时。本文提供了一种新的学习框架的全面描述，允许现场和服务机器人解释并正确执行先验未知，非结构化环境中的自然语言指令。对于我们的方法而不是我们的语言作为“传感器” - 在话语中隐含的“传感器” - 推断的空间，拓扑和语义信息，然后利用这些信息来学习在潜在环境模型上的分布。我们将此分布纳入概率，语言接地模型中，并在机器人的动作空间的象征性表示中推断出分布。我们使用模仿学习来确定对环境和行为分布的原因的信仰空间政策。我们通过各种导航和移动操纵实验评估我们的框架。

在协作人类机器人语义传感问题中，例如为了进行科学探索，机器人可能会通过人类伴侣提供过度质疑的信息，从而导致次优的状态估计和团队绩效差。当人类不能被视为牙齿时，机器人需要更新状态信念，以正确解释人类语义观察与导致这些观察的现实世界状态之间可能存在的差异。这项工作为在一般环境中针对语义可能性的概率语义数据关联（PSDA）概率进行了严格的在线计算制定了策略，这与以前的工作不同，这些工作开发了针对特定设置的天真或启发式近似。新的PSDA方法纳入了混合贝叶斯数据融合方案中，该方案将高斯混合先验用于对象状态和SoftMax函数用于语义人类传感器观察可能性，并在Monte Carlo模拟中证明了合作的多对象搜索任务的范围人类感测特征（例如错误的检测率）。结果表明，每当语义人类传感器数据包含重要的目标参考歧义性，用于自主对象搜索和本地化时，PSDA会导致在广泛条件下对观察关联概率的强大估计。

主动位置估计（APE）是使用一个或多个传感平台本地化一个或多个目标的任务。 APE是搜索和拯救任务，野生动物监测，源期限估计和协作移动机器人的关键任务。 APE的成功取决于传感平台的合作水平，他们的数量，他们的自由度和收集的信息的质量。 APE控制法通过满足纯粹剥削或纯粹探索性标准，可以实现主动感测。前者最大限度地减少了位置估计的不确定性;虽然后者驱动了更接近其任务完成的平台。在本文中，我们定义了系统地分类的主要元素，并批判地讨论该域中的最新状态。我们还提出了一个参考框架作为对截图相关的解决方案的形式主义。总体而言，本调查探讨了主要挑战，并设想了本地化任务的自主感知系统领域的主要研究方向。促进用于搜索和跟踪应用的强大主动感测方法的开发也有益。

在本文中，我们专注于在线学习主动视觉在未知室内环境中的对象的搜索（AVS）的最优策略问题。我们建议POMP++，规划战略，介绍了经典的部分可观察蒙特卡洛规划（POMCP）框架之上的新制剂，允许免费培训，在线政策在未知的环境中学习。我们提出了一个新的信仰振兴战略，允许使用POMCP与动态扩展状态空间来解决在线生成平面地图的。我们评估我们在两个公共标准数据集的方法，AVD由是从真正的3D场景渲染扫描真正的机器人平台和人居ObjectNav收购，用>10％，比国家的the-改善达到最佳的成功率技术方法。

有效推论是一种数学框架，它起源于计算神经科学，作为大脑如何实现动作，感知和学习的理论。最近，已被证明是在不确定性下存在国家估算和控制问题的有希望的方法，以及一般的机器人和人工代理人的目标驱动行为的基础。在这里，我们审查了最先进的理论和对国家估计，控制，规划和学习的积极推断的实现;描述当前的成就，特别关注机器人。我们展示了相关实验，以适应，泛化和稳健性而言说明其潜力。此外，我们将这种方法与其他框架联系起来，并讨论其预期的利益和挑战：使用变分贝叶斯推理具有功能生物合理性的统一框架。

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。

Representing and reasoning about uncertainty is crucial for autonomous agents acting in partially observable environments with noisy sensors. Partially observable Markov decision processes (POMDPs) serve as a general framework for representing problems in which uncertainty is an important factor. Online sample-based POMDP methods have emerged as efficient approaches to solving large POMDPs and have been shown to extend to continuous domains. However, these solutions struggle to find long-horizon plans in problems with significant uncertainty. Exploration heuristics can help guide planning, but many real-world settings contain significant task-irrelevant uncertainty that might distract from the task objective. In this paper, we propose STRUG, an online POMDP solver capable of handling domains that require long-horizon planning with significant task-relevant and task-irrelevant uncertainty. We demonstrate our solution on several temporally extended versions of toy POMDP problems as well as robotic manipulation of articulated objects using a neural perception frontend to construct a distribution of possible models. Our results show that STRUG outperforms the current sample-based online POMDP solvers on several tasks.

我们向连续状态马尔可夫决策过程（MDP）提出了一种扩散近似方法，该方法可用于解决非结构化的越野环境中的自主导航和控制。与呈现完全已知的状态转换模型的大多数决策定理计划框架相比，我们设计了一种方法，该方法消除了这种强烈假设，这些假设通常非常难以在现实中工程师。我们首先采用价值函数的二阶泰勒扩展。然后通过部分微分方程近似贝尔曼的最优性方程，其仅依赖于转换模型的第一和第二矩。通过组合价值函数的内核表示，然后设计一种有效的策略迭代算法，其策略评估步骤可以表示为特征的方程式的线性系统，其特征是由有限组支持状态。我们首先通过大量的仿真以2D美元的$ 2D $避让和2.5d $地形导航问题进行验证。结果表明，拟议的方法在几个基线上导致了卓越的性能。然后，我们开发一个系统，该系统将我们的决策框架整合，与船上感知，并在杂乱的室内和非结构化的户外环境中进行现实世界的实验。物理系统的结果进一步展示了我们在挑战现实世界环境中的方法的适用性。

同时本地化和映射（SLAM）是自动移动机器人中的基本问题之一，在该机器人需要重建以前看不见的环境的同时，同时在地图上进行了本身。特别是，Visual-Slam使用移动机器人中的各种传感器来收集和感测地图的表示。传统上，基于几何模型的技术被用来解决大满贯问题，在充满挑战的环境下，该问题往往容易出错。诸如深度学习技术之类的计算机视觉方面的最新进展提供了一种数据驱动的方法来解决视觉范围问题。这篇综述总结了使用各种基于学习的方法的视觉 - 峰领域的最新进展。我们首先提供了基于几何模型的方法的简洁概述，然后进行有关SLAM当前范式的技术评论。然后，我们介绍了从移动机器人那里收集感官输入并执行场景理解的各种基于学习的方法。讨论并将基于深度学习的语义理解中的当前范式讨论并置于视觉峰的背景下。最后，我们讨论了在视觉 - 峰中基于学习的方法方向上的挑战和进一步的机会。

Partially observable Markov decision processes (POMDPs) provide a flexible representation for real-world decision and control problems. However, POMDPs are notoriously difficult to solve, especially when the state and observation spaces are continuous or hybrid, which is often the case for physical systems. While recent online sampling-based POMDP algorithms that plan with observation likelihood weighting have shown practical effectiveness, a general theory characterizing the approximation error of the particle filtering techniques that these algorithms use has not previously been proposed. Our main contribution is bounding the error between any POMDP and its corresponding finite sample particle belief MDP (PB-MDP) approximation. This fundamental bridge between PB-MDPs and POMDPs allows us to adapt any sampling-based MDP algorithm to a POMDP by solving the corresponding particle belief MDP, thereby extending the convergence guarantees of the MDP algorithm to the POMDP. Practically, this is implemented by using the particle filter belief transition model as the generative model for the MDP solver. While this requires access to the observation density model from the POMDP, it only increases the transition sampling complexity of the MDP solver by a factor of $\mathcal{O}(C)$, where $C$ is the number of particles. Thus, when combined with sparse sampling MDP algorithms, this approach can yield algorithms for POMDPs that have no direct theoretical dependence on the size of the state and observation spaces. In addition to our theoretical contribution, we perform five numerical experiments on benchmark POMDPs to demonstrate that a simple MDP algorithm adapted using PB-MDP approximation, Sparse-PFT, achieves performance competitive with other leading continuous observation POMDP solvers.

多年来，运动规划，映射和人类轨迹预测的单独领域显着提出。然而，在提供能够使移动操纵器能够执行全身运动并考虑移动障碍物的预测运动时，文献在提供实际框架方面仍然稀疏。基于以前的优化的运动计划方法，使用距离字段遭受更新环境表示所需的高计算成本。我们证明，与从头划痕计算距离场相比，GPU加速预测的复合距离场显着降低计算时间。我们将该技术与完整的运动规划和感知框架集成，其占据动态环境中的人类的预测运动，从而实现了包含预测动作的反应性和先发制人的运动规划。为实现这一目标，我们提出并实施了一种新颖的人类轨迹预测方法，该方法结合了基于轨迹优化的运动规划的意图识别。我们在现实世界丰田人类支持机器人（HSR）上验证了我们的由Onboard Camera的现场RGB-D传感器数据验证了我们的结果框架。除了在公开的数据集提供分析外，我们还释放了牛津室内人类运动（牛津-IHM）数据集，并在人类轨迹预测中展示了最先进的性能。牛津-IHM数据集是一个人类轨迹预测数据集，人们在室内环境中的兴趣区域之间行走。静态和机器人安装的RGB-D相机都观察了用运动捕获系统跟踪的人员。

完全自主移动机器人的现实部署取决于能够处理动态环境的强大的大满贯（同时本地化和映射）系统，其中对象在机器人的前面移动以及不断变化的环境，在此之后移动或更换对象。机器人已经绘制了现场。本文介绍了更换式SLAM，这是一种在动态和不断变化的环境中强大的视觉猛烈抨击的方法。这是通过使用与长期数据关联算法结合的贝叶斯过滤器来实现的。此外，它采用了一种有效的算法，用于基于对象检测的动态关键点过滤，该对象检测正确识别了不动态的边界框中的特征，从而阻止了可能导致轨道丢失的功能的耗竭。此外，开发了一个新的数据集，其中包含RGB-D数据，专门针对评估对象级别的变化环境，称为PUC-USP数据集。使用移动机器人，RGB-D摄像头和运动捕获系统创建了六个序列。这些序列旨在捕获可能导致跟踪故障或地图损坏的不同情况。据我们所知，更换 - 峰是第一个对动态和不断变化的环境既有坚固耐用的视觉大满贯系统，又不假设给定的相机姿势或已知地图，也能够实时运行。使用基准数据集对所提出的方法进行了评估，并将其与其他最先进的方法进行了比较，证明是高度准确的。

We propose a path planning methodology for a mobile robot navigating through an obstacle-filled environment to generate a reference path that is traceable with moderate sensing efforts. The desired reference path is characterized as the shortest path in an obstacle-filled Gaussian belief manifold equipped with a novel information-geometric distance function. The distance function we introduce is shown to be an asymmetric quasi-pseudometric and can be interpreted as the minimum information gain required to steer the Gaussian belief. An RRT*-based numerical solution algorithm is presented to solve the formulated shortest-path problem. To gain insight into the asymptotic optimality of the proposed algorithm, we show that the considered path length function is continuous with respect to the topology of total variation. Simulation results demonstrate that the proposed method is effective in various robot navigation scenarios to reduce sensing costs, such as the required frequency of sensor measurements and the number of sensors that must be operated simultaneously.

The field of autonomous mobile robots has undergone dramatic advancements over the past decades. Despite achieving important milestones, several challenges are yet to be addressed. Aggregating the achievements of the robotic community as survey papers is vital to keep the track of current state-of-the-art and the challenges that must be tackled in the future. This paper tries to provide a comprehensive review of autonomous mobile robots covering topics such as sensor types, mobile robot platforms, simulation tools, path planning and following, sensor fusion methods, obstacle avoidance, and SLAM. The urge to present a survey paper is twofold. First, autonomous navigation field evolves fast so writing survey papers regularly is crucial to keep the research community well-aware of the current status of this field. Second, deep learning methods have revolutionized many fields including autonomous navigation. Therefore, it is necessary to give an appropriate treatment of the role of deep learning in autonomous navigation as well which is covered in this paper. Future works and research gaps will also be discussed.

This article presents a novel review of Active SLAM (A-SLAM) research conducted in the last decade. We discuss the formulation, application, and methodology applied in A-SLAM for trajectory generation and control action selection using information theory based approaches. Our extensive qualitative and quantitative analysis highlights the approaches, scenarios, configurations, types of robots, sensor types, dataset usage, and path planning approaches of A-SLAM research. We conclude by presenting the limitations and proposing future research possibilities. We believe that this survey will be helpful to researchers in understanding the various methods and techniques applied to A-SLAM formulation.

在本文中，我们为全向机器人提供了一种积极的视觉血液。目标是生成允许这样的机器人同时定向机器人的控制命令并将未知环境映射到最大化的信息量和消耗尽可能低的信息。利用机器人的独立翻译和旋转控制，我们引入了一种用于活动V-SLAM的多层方法。顶层决定提供信息丰富的目标位置，并为它们产生高度信息的路径。第二个和第三层积极地重新计划并执行路径，利用连续更新的地图和本地特征信息。此外，我们介绍了两个实用程序配方，以解释视野和机器人位置的障碍物。通过严格的模拟，真正的机器人实验和与最先进的方法的比较，我们证明我们的方法通过较小的整体地图熵实现了类似的覆盖结果。这是可以获得的，同时保持横向距离比其他方法短至39％，而不增加车轮的总旋转量。代码和实现详细信息作为开源提供。

本文主要研究范围传感机器人在置信度富的地图（CRM）中的定位和映射，这是一种持续信仰的密集环境表示，然后扩展到信息理论探索以减少姿势不确定性。大多数关于主动同时定位和映射（SLAM）和探索的作品始终假设已知的机器人姿势或利用不准确的信息指标来近似姿势不确定性，从而导致不知名的环境中的勘探性能和效率不平衡。这激发了我们以可测量的姿势不确定性扩展富含信心的互信息（CRMI）。具体而言，我们为CRMS提出了一种基于Rao-Blackwellized粒子过滤器的定位和映射方案（RBPF-CLAM），然后我们开发了一种新的封闭形式的加权方法来提高本地化精度而不扫描匹配。我们通过更准确的近似值进一步计算了使用加权颗粒的不确定的CRMI（UCRMI）。仿真和实验评估显示了在非结构化和密闭场景中提出的方法的定位准确性和探索性能。