安装在机器人上的光学扫描仪通常用于质量检查，例如验证片状结构的尺寸规格。覆盖路径规划（CPP）显着影响机器人质量检验的准确性和效率。传统的CPP战略专注于最小化机器人的观点次数或在完全覆盖检查的条件下。在自由形状表面检查中较少考虑收集扫描数据时的测量不确定度。为了解决这个问题，提出了一种具有最佳观点采样策略的新型CPP方法，以将键测量点（MPS）的测量不确定性纳入自由形状表面检查。首先，基于MP的公差规范计算可行的测量不确定性范围。考虑测量不确定度和MPS的可见性，生成初始可行性视点集。然后，构建检查成本函数以评估所选视点的视野（FOV）的选定视点的数量和平均测量不确定性。之后，提出了一种增强的快速探索随机树（RRT *）算法，用于使用检查成本函数和CPP优化的观点采样。已经进行了案例研究，包括模拟试验和检查实验，以评估所提出的方法的有效性。结果表明，与基准法相比，关键MPS的扫描精度显着提高。

This paper presents trajectory planning for three-dimensional autonomous multi-UAV volume coverage and visual inspection based on the Heat Equation Driven Area Coverage (HEDAC) algorithm. The method designs a potential field to achieve the target density and generate trajectories using potential gradients to direct UAVs to regions of a higher potential. Collisions are prevented by implementing a distance field and correcting the agent's directional vector if the distance threshold is reached. The method is successfully tested for volume coverage and visual inspection of complex structures such as wind turbines and a bridge. For visual inspection, the algorithm is supplemented with camera direction control. A field containing the nearest distance from any point in the domain to the structure is designed and this field's gradient provides the camera orientation throughout the trajectory. The bridge inspection test case is compared with a state-of-the-art method where the HEDAC algorithm allowed more surface area to be inspected under the same conditions. The limitations of the HEDAC method are analyzed, focusing on computational efficiency and adequacy of spatial coverage to approximate the surface coverage. The proposed methodology offers flexibility in various setup parameters and is applicable to real-world inspection tasks.

由于扭曲钻的结构复杂，因此对于其同轴误差测量是艰难和挑战的。本文提出了一种新颖的扭转钻头同轴误差测量的新机理，框架和方法。该机构包括编码器，PLC控制器，线结构传感器和高精度转盘。首先，当钻头转动PLC的控制时，通过线结构光传感器收集扭转钻头的轮廓点云数据。其次，研究了基于GMM的基于GMM的基于GMM的点云分割算法，基于局部深度特征来提取刀片背面数据。为了提高测量精度，设计统计滤波器以在目标区域提取期间去除异常值。然后，根据同轴性误差的两个特征，提出了一种基于轴对称轮廓差异的正交合成的轴重建方法，便于预先定位钻轴的最大偏差横截面。最后，通过在预先定位的最大偏差位置拟合基准轴和轴来测量同轴误差。最后，进行了大量实验，并表明我们的方法是准确性和鲁棒性。

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。

点对特征（PPF）广泛用于6D姿势估计。在本文中，我们提出了一种基于PPF框架的有效的6D姿势估计方法。我们介绍了一个目标良好的下采样策略，该策略更多地集中在边缘区域，以有效地提取复杂的几何形状。提出了一种姿势假设验证方法来通过计算边缘匹配度来解决对称歧义。我们对两个具有挑战性的数据集和一个现实世界中收集的数据集进行评估，这证明了我们方法对姿势估计几何复杂，遮挡，对称对象的优越性。我们通过将其应用于模拟穿刺来进一步验证我们的方法。

尽管使用多个无人机（UAV）具有快速自主探索的巨大潜力，但它的关注程度很少。在本文中，我们提出了赛车手，这是一种使用分散无人机的舰队的快速协作探索方法。为了有效派遣无人机，使用了基于在线HGRID空间分解的成对交互。它可确保仅使用异步和有限的通信同时探索不同的区域。此外，我们优化了未知空间的覆盖路径，并通过电容的车辆路由问题（CVRP）配方平衡分区到每个UAV的工作负载。鉴于任务分配，每个无人机都会不断更新覆盖路径，并逐步提取关键信息以支持探索计划。分层规划师可以找到探索路径，完善本地观点并生成序列的最小时间轨迹，以敏捷，安全地探索未知空间。对所提出的方法进行了广泛的评估，显示出较高的勘探效率，可伸缩性和对有限交流的鲁棒性。此外，我们第一次与现实世界中的多个无人机进行了完全分散的协作探索。我们将作为开源软件包发布实施。

本文着重于影响弹性的移动机器人的碰撞运动计划和控制的新兴范式转移，并开发了一个统一的层次结构框架，用于在未知和部分观察的杂物空间中导航。在较低级别上，我们开发了一种变形恢复控制和轨迹重新启动策略，该策略处理可能在本地运行时发生的碰撞。低级系统会积极检测碰撞（通过内部内置的移动机器人上的嵌入式霍尔效应传感器），使机器人能够从其内部恢复，并在本地调整后影响后的轨迹。然后，在高层，我们提出了一种基于搜索的计划算法，以确定如何最好地利用潜在的碰撞来改善某些指标，例如控制能量和计算时间。我们的方法建立在A*带有跳跃点的基础上。我们生成了一种新颖的启发式功能，并进行了碰撞检查和调整技术，从而使A*算法通过利用和利用可能的碰撞来更快地收敛到达目标。通过将全局A*算法和局部变形恢复和重新融合策略以及该框架的各个组件相结合而生成的整体分层框架在模拟和实验中都经过了广泛的测试。一项消融研究借鉴了与基于搜索的最先进的避免碰撞计划者（用于整体框架）的链接，以及基于搜索的避免碰撞和基于采样的碰撞 - 碰撞 - 全球规划师（对于更高的较高的碰撞 - 等级）。结果证明了我们的方法在未知环境中具有碰撞的运动计划和控制的功效，在2D中运行的一类撞击弹性机器人具有孤立的障碍物。

对现实世界的高质量观​​察对于各种应用至关重要，包括生产小型场景的3D印刷复制品以及对大型基础设施进行检查。这些3D观察通常是通过从不同观点组合多个传感器测量结果来获得的。指导选择合适的视图被称为下一个最佳视图（NBV）计划问题。大多数NBV都使用刚性数据结构（例如表面网格或体素电网）进行测量的原因。这简化了下一个最佳视图选择，但可以在计算上昂贵，减少现实世界的保真度，并与最终数据处理一起选择下一个最佳视图。本文介绍了表面边缘资源管理器（请参阅），这是一种NBV方法，该方法直接从先前的传感器测量中选择了新的观测值，而无需刚性数据结构。请参阅使用测量密度，以提出下一个最佳视图，以增加观察到的表面不足的覆盖范围，同时避免潜在的遮挡。模拟实验的统计结果表明，与在小型和大型场景上评估的体积方法相比，SEE可以在更少的计算时间和传感器行进距离中获得更好的表面覆盖范围。现实世界实验证明了使用固定在机器人臂上的3D传感器自主观察鹿雕像。

休眠季节葡萄树修剪需要熟练的季节性工人，这在冬季变得越来越缺乏。随着在短期季节性招聘文化和低工资的短期季节性招聘文化和低工资的时间内，随着工人更少的葡萄藤，葡萄藤往往被修剪不一致地导致葡萄化物不平衡。除此之外，目前现有的机械方法无法选择性地修剪葡萄园和手动后续操作，通常需要进一步提高生产成本。在本文中，我们展示了崎岖，全自治机器人的设计和田间评估，用于休眠季节葡萄园的端到最终修剪。该设计的设计包括新颖的相机系统，运动冗余机械手，地面机器人和在感知系统中的新颖算法。所提出的研究原型机器人系统能够在213秒/葡萄藤中完全从两侧刺激一排藤蔓，总修枝精度为87％。与机械预灌浆试验相比，商业葡萄园中自治系统的初始现场测试显示出休眠季节修剪的显着变化。在手稿中描述了设计方法，系统组件，经验教训，未来增强以及简要的经济分析。

当没有光学信息可用时，在不确定环境下的机器人探索具有挑战性。在本文中，我们提出了一种自主解决方案，即仅基于触觉感测，探索一个未知的任务空间。我们首先根据MEMS晴雨表设备设计了晶须传感器。该传感器可以通过非侵入性与环境进行交互来获取联系信息。该传感器伴随着一种计划技术，可以通过使用触觉感知来产生探索轨迹。该技术依赖于触觉探索的混合政策，其中包括用于对象搜索的主动信息路径计划，以及用于轮廓跟踪的反应性HOPF振荡器。结果表明，混合勘探政策可以提高对象发现的效率。最后，通过细分对象和分类来促进场景的理解。开发了一个分类器，以根据晶须传感器收集的几何特征识别对象类别。这种方法证明了晶须传感器以及触觉智能，可以提供足够的判别特征来区分对象。

本文介绍了一种系统集成方法，用于一种6-DOF（自由度）协作机器人，以操作移液液的移液液。它的技术发展是三倍。首先，我们设计了用于握住和触发手动移液器的最终效果。其次，我们利用协作机器人的优势来识别基于公认姿势的实验室姿势和计划的机器人运动。第三，我们开发了基于视觉的分类器来预测和纠正定位误差，从而精确地附着在一次性技巧上。通过实验和分析，我们确认开发的系统，尤其是计划和视觉识别方法，可以帮助确保高精度和柔性液体分配。开发的系统适用于低频，高更改的生化液体分配任务。我们预计它将促进协作机器人的部署进行实验室自动化，从而提高实验效率，而不会显着自定义实验室环境。

由于温室环境中的较高变化和遮挡，机器人对番茄植物的视觉重建非常具有挑战性。 Active-Vision的范式通过推理先前获取的信息并系统地计划相机观点来收集有关植物的新信息，从而有助于克服这些挑战。但是，现有的主动视觉算法不能在有针对性的感知目标（例如叶子节点的3D重建）上表现良好，因为它们不能区分需要重建的植物零件和植物的其余部分。在本文中，我们提出了一种注意力驱动的主动视觉算法，该算法仅根据任务进行任务，仅考虑相关的植物零件。在模拟环境中评估了所提出的方法，该方法是针对番茄植物3D重建的任务，即各种关注水平，即整个植物，主茎和叶子节点。与预定义和随机方法相比，我们的方法将3D重建的准确性提高了9.7％和5.3％的整个植物的准确性，主茎的准确性为14.2％和7.9％，叶子源分别为25.9％和17.3％。前3个观点。同样，与预定义和随机方法相比，我们的方法重建了整个植物的80％和主茎，在1个较少的角度和80％的叶子节点中重建了3个较小的观点。我们还证明，尽管植物模型发生了变化，遮挡量，候选观点的数量和重建决议，但注意力驱动的NBV规划师仍有效地工作。通过在活动视觉上添加注意力机制，可以有效地重建整个植物和靶向植物部分。我们得出的结论是，有必要的注意机制对于显着提高复杂农业食品环境中的感知质量是必要的。

Despite recent progress on trajectory planning of multiple robots and path planning of a single tethered robot, planning of multiple tethered robots to reach their individual targets without entanglements remains a challenging problem. In this paper, we present a complete approach to address this problem. Firstly, we propose a multi-robot tether-aware representation of homotopy, using which we can efficiently evaluate the feasibility and safety of a potential path in terms of (1) the cable length required to reach a target following the path, and (2) the risk of entanglements with the cables of other robots. Then, the proposed representation is applied in a decentralized and online planning framework that includes a graph-based kinodynamic trajectory finder and an optimization-based trajectory refinement, to generate entanglement-free, collision-free and dynamically feasible trajectories. The efficiency of the proposed homotopy representation is compared against existing single and multiple tethered robot planning approaches. Simulations with up to 8 UAVs show the effectiveness of the approach in entanglement prevention and its real-time capabilities. Flight experiments using 3 tethered UAVs verify the practicality of the presented approach.

对于旨在提供家庭服务，搜索和救援，狭窄的检查和医疗援助的机器人来说，在未知，混乱的环境中进行积极的感测和计划是一个公开挑战。尽管存在许多主动感应方法，但它们通常考虑开放空间，假设已知设置，或者大多不概括为现实世界的场景。我们介绍了活跃的神经传感方法，该方法通过手持摄像头生成机器人操纵器的运动学可行视点序列，以收集重建基础环境所需的最小观测值。我们的框架积极收集视觉RGBD观测值，将它们汇总到场景表示中，并执行对象形状推断，以避免与环境的不必要的机器人相互作用。我们使用域随机化训练我们的合成数据方法，并通过SIM到实现的传递成功地执行了其成功执行，以重建狭窄，覆盖的，现实的机柜环境，这些环境杂乱无章。由于周围的障碍物和环境较低的照明条件，自然机柜场景对机器人运动和场景重建构成了重大挑战。然而，尽管设置不利，但就各种环境重建指标（包括计划速度，观点数量和整体场景覆盖）而言，我们的方法与基线相比表现出高性能。

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.

本文介绍了全髋关节置换术（THA）的手术机器人系统的开发和实验评估。尽管在关节置换手术中使用的现有机器人系统已经取得了一些进展，但机器人组必须在操作过程中准确地位于目标位置，这在很大程度上取决于外科医生的经验。此外，手持式髋臼铰刀通常表现出不均匀的强度和研磨文件。此外，缺乏实时测量股骨颈长度的技术可能导致结果不佳。为了应对这些挑战，我们提出了一种可实时可追溯的光学定位策略，以减少手术期间对机器人臂的不必要的手动调整，一种稳定磨削的最终效用系统，以及提供股骨颈的实时测量的光学探测器长度和其他参数用于选择适当的假体。下肢的长度在安装假体时测量。实验评估结果表明，根据其准确性，执行能力和鲁棒性，提出的手术机器人系统对于THA是可行的。

解决逆运动学问题是针对清晰机器人的运动计划，控制和校准的基本挑战。这些机器人的运动学模型通常通过关节角度进行参数化，从而在机器人构型和最终效果姿势之间产生复杂的映射。或者，可以使用机器人附加点之间的不变距离来表示运动学模型和任务约束。在本文中，我们将基于距离的逆运动学的等效性和大量铰接式机器人和任务约束的距离几何问题进行形式化。与以前的方法不同，我们使用距离几何形状和低级别矩阵完成之间的连接来通过局部优化完成部分欧几里得距离矩阵来找到逆运动学解决方案。此外，我们用固定级革兰氏矩阵的Riemannian歧管来参数欧几里得距离矩阵的空间，从而使我们能够利用各种成熟的Riemannian优化方法。最后，我们表明，绑定的平滑性可用于生成知情的初始化，而无需大量的计算开销，从而改善收敛性。我们证明，我们的逆运动求解器比传统技术获得更高的成功率，并且在涉及许多工作区约束的问题上大大优于它们。

隐式神经表示表现出了令人信服的结果3D重建，并且最近也证明了在线大满贯系统的潜力。但是，将它们应用于自主3D重建，在此尚未研究机器人探索场景并计划重建的视图路径的情况下。在本文中，我们首次通过解决两个关键挑战来首次探索自动3D场景重建的可能性：1）寻求标准以根据新表示形式衡量候选人观点的质量，以及2）从可以推广到不同场景的数据而不是手工制作的数据中学习标准。对于第一个挑战，提出了峰值信噪比（PSNR）的代理来量化观点质量。代理是通过将场景中空间点的颜色视为在高斯分布下而不是确定性分布下的随机变量来获得的；分布的方差量化了重建的不确定性并组成代理。在第二个挑战中，代理与场景隐式神经网络的参数共同优化。通过提出的视图质量标准，我们可以将新表示形式应用于自动3D重建。我们的方法证明了与使用TSDF或重建的变体相比，在没有视图计划的情况下，与使用TSDF或重建的变体相比，对各种指标的各种指标进行了重大改进。

隐式神经表示显示了3D场景重建的有希望的潜力。最近的工作将其应用于自主3D重建，通过学习信息获得图路径计划的信息增益。有效，信息增益的计算很昂贵，并且与使用体积表示相比，使用隐式表示为3D点进行碰撞检查要慢得多。在本文中，我们建议1）利用神经网络作为信息增益场的隐式函数近似器，以及2）将隐式细粒表示与粗量表示形式结合起来，以提高效率。随着效率的提高，我们提出了基于基于图的计划者的新型信息路径计划。我们的方法表明，与具有隐性和明确表示的自主重建相比，重建质量和计划效率的显着提高。我们将该方法部署在真正的无人机上，结果表明我们的方法可以计划信息意见并以高质量重建场景。

确定多个激光痛和相机之间的外在参数对于自主机器人至关重要，尤其是对于固态激光痛，每个LIDAR单元具有很小的视野（FOV）（FOV），并且通常集体使用多个单元。对于360 $^\ circ $机械旋转激光盆，提出了大多数外部校准方法，其中假定FOV与其他LIDAR或相机传感器重叠。很少有研究工作集中在校准小型FOV激光痛和摄像头，也没有提高校准速度。在这项工作中，我们考虑了小型FOV激光痛和相机之间外部校准的问题，目的是缩短总校准时间并进一步提高校准精度。我们首先在LIDAR特征点的提取和匹配中实现自适应体素化技术。这样的过程可以避免在激光痛外校准中冗余创建$ k $ d树，并以比现有方法更可靠和快速提取激光雷达特征点。然后，我们将多个LIDAR外部校准制成LIDAR束调节（BA）问题。通过将成本函数得出最高为二阶，可以进一步提高非线性最小平方问题的求解时间和精度。我们提出的方法已在四个无目标场景和两种类型的固态激光雷达中收集的数据进行了验证，这些扫描模式，密度和FOV完全不同。在八个初始设置下，我们工作的鲁棒性也得到了验证，每个设置包含100个独立试验。与最先进的方法相比，我们的工作提高了激光雷达外部校准的校准速度15倍，激光摄像机外部校准（由50个独立试验产生的平均），同时保持准确，同时保持准确。