在这项工作中，我们提出了一种数据驱动的方法来优化机器人团队的代数连接。虽然对这个问题进行了相当大量的研究，但我们缺乏一种方法以适合于少数代理商的在线应用程序的方式缩放。为此，我们提出了一种具有卷积神经网络（CNN）的监督学习方法，该方法学习从使用基于优化的策略的专家中展开沟通代理。我们展示了我们CNN对规范线和环形拓扑的表现，105K随机生成的测试用例，以及在训练期间没有看到的更大团队。我们还展示了我们的系统如何通过基于团结的仿真来应用于动态机器人团队。在培训之后，我们的系统产生连接的配置，比10-20代理团队的优化方案快，更快地增加2个数量级。
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在本文中，我们使用基于视觉的图形聚合和推理（VGAI）呈现了一种感知 - 动作通信环路设计。这种多代理分散的学习 - 控制框架将原始的视觉观测映射到代理操作，并通过相邻代理之间的本地通信提供帮助。我们的框架是由圆形卷积和图形神经网络（CNN / GNN）的级联实现，寻址代理级视觉感知和特征学习，以及群级通信，本地信息聚合和代理动作推断。通过联合训练CNN和GNN，结合了解图像特征和通信消息以更好地解决特定任务。我们使用模仿学习在离线阶段训练VGAI控制器，依赖于集中式专家控制器。这导致学习的VGAI控制器可以以分布式方式部署以进行在线执行。此外，控制器展示了良好的缩放性质，在较大的团队中具有较小的团队和应用程序的培训。通过多代理植入应用程序，我们证明VGAI产生与其他分散的控制器相当或更好地使用视觉输入模态，而不访问精确的位置或运动状态信息。
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审查的目的。这篇评论总结了通信格式和技术在启用多机器人系统中发挥的广泛作用。我们从两个角度了解了这一领域：需要通信功能才能完成任务的机器人应用程序，以及已使更新，更高级的多机器人系统的网络技术。最近的发现。通过这篇综述，我们确定了一项缺乏工作，从整体上解决了机器人及其使用的网络的共同设计和合作的问题。我们还强调了数据驱动和机器学习方法在为多机器人系统发展的通信管道中所扮演的角色。特别是，我们指的是最近与手工设计的通信模式不同的工作，并在这种情况下讨论了“ SIM到真实”差距。概括。我们介绍了机器人算法及其网络系统发展的方式的批判性观点，并为更协同的方法提供了理由。最后，我们还发现了针对研发的四个广泛的开放问题，同时提供了一个以数据为导向的观点来解决其中的一些问题。
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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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在异构机器人网络上进行计算负载共享是一个有希望的方法，可以将机器人能力和效率作为极端环境中的团队提高。然而，在这种环境中，通信链路可以是间歇性的，并且与云或因特网的连接可能是不存在的。在本文中，我们介绍了用于多机器人系统的通信感知，计算任务调度问题，并提出了整数线性程序（ILP），该程序（ILP）优化了异构机器人网络中的计算任务分配，占网络机器人的计算能力对于可用（和可能的时变）通信链接。我们考虑调度由依赖关系图建模的一组相互依赖的必需任务和可选任务。我们为共享世界，分布式系统提供了一项备份的调度架构。我们验证了ILP制定和不同计算平台中的分布式实现，并在模拟场景中，偏向于月球或行星探索方案。我们的研究结果表明，与没有计算负载共享的类似系统相比，所提出的实施方式可以优化提高时间表以允许三倍增加所执行的奖励任务的数量（例如，科学测量）。
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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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研究界，工业和社会中地面移动机器人（MRS）和无人机（UAV）的重要性正在迅速发展。如今，这些代理中的许多代理都配备了通信系统，在某些情况下，对于成功完成某些任务至关重要。在这种情况下，我们已经开始见证在机器人技术和通信的交集中开发一个新的跨学科研究领域。该研究领域的意图是将无人机集成到5G和6G通信网络中。这项研究无疑将在不久的将来导致许多重要的应用。然而，该研究领域发展的主要障碍之一是，大多数研究人员通过过度简化机器人技术或通信方面来解决这些问题。这阻碍了达到这个新的跨学科研究领域的全部潜力的能力。在本教程中，我们介绍了一些建模工具，从跨学科的角度来解决涉及机器人技术和通信的问题所需的一些建模工具。作为此类问题的说明性示例，我们将重点放在本教程上，讨论通信感知轨迹计划的问题。
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图形神经网络（GNNS）是一种范式转换的神经结构，以便于学习复杂的多智能经纪行为。最近的工作已经表现出显着的绩效，如植绒，多代理路径规划和合作覆盖。但是，通过基于GNN的学习计划导出的策略尚未部署到物理多机器人系统上的现实世界。在这项工作中，我们展示了一个系统的设计，允许完全分散地执行基于GNN的策略。我们创建基于ROS2的框架，并在本文中详细说明其细节。我们展示了我们在一个案例研究的框架，需要在机器人之间进行紧张的协调，并呈现出于依赖于adhoc通信的分散式多机器人系统的基于GNN的政策的成功实际部署的一类结果。可以在线找到这种情况的视频演示。https://www.youtube.com/watch?v=coh-wln4io4
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多机器人覆盖计划问题的集中式方法缺乏可扩展性。基于学习的分布式算法除了将面向数据的功能生成功能带入表格外，还提供了可扩展的途径，从而允许与其他基于学习的方法集成。为此，我们提出了一个基于学习的，可区分的分布式覆盖范围计划（D2COPL A N），该计划者与专家算法相比在运行时和代理数量上有效地扩展，并与经典分布式算法相同。此外，我们表明D2Coplan可以与其他学习方法无缝地结合到端到端的学习方法，从而提供了比单独训练的模块更好的解决方案，从而打开了进一步的研究，以进一步研究以经典方法难以捉摸的任务。
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分散的多机器人目标跟踪的问题要求共同选择动作，例如运动原语，以使机器人通过本地通信最大化目标跟踪性能。实施实施的一个主要挑战是使目标跟踪方法可扩展到大规模的问题实例。在这项工作中，我们提出了通用学习体系结构，以通过分散的通信进行大规模的协作目标跟踪。特别是，我们的学习体系结构利用图形神经网络（GNN）捕获机器人的本地互动，并学习机器人的分散决策。我们通过模仿专家解决方案来训练学习模型，并实施仅涉及本地观察和沟通的分散行动选择的最终模型。我们在使用大型机器人网络的主动目标跟踪方案中演示了基于GNN的学习方法的性能。仿真结果表明，我们的方法几乎与专家算法的跟踪性能相匹配，但最多可以使用多达100个机器人运行多个订单。此外，它的表现略高于分散的贪婪算法，但运行速度更快（尤其是20多个机器人）。结果还显示了我们在以前看不见的情况下的方法的概括能力，例如，较大的环境和较大的机器人网络。
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在移动机器人学中，区域勘探和覆盖率是关键能力。在大多数可用研究中，共同的假设是全球性，远程通信和集中合作。本文提出了一种新的基于群的覆盖控制算法，可以放松这些假设。该算法组合了两个元素：Swarm规则和前沿搜索算法。受到大量简单代理（例如，教育鱼，植绒鸟类，蜂拥昆虫）的自然系统的启发，第一元素使用三个简单的规则来以分布式方式维持群体形成。第二元素提供了选择有希望区域以使用涉及代理的相对位置的成本函数的最小化来探索（和覆盖）的装置。我们在不同环境中测试了我们的方法对异质和同质移动机器人的性能。我们衡量覆盖性能和允许本集团维持沟通的覆盖性能和群体形成统计数据。通过一系列比较实验，我们展示了拟议的策略在最近提出的地图覆盖方法和传统的人工潜在领域基于细胞覆盖，转变和安全路径的百分比，同时保持允许短程的形成沟通。
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我们提出了一种新颖的方法来最大限度地提高对在大型地理区域（ROI）的大规模地理区域运营的机器人的通信感知覆盖范围。我们的方法在邻域选择和控制中补充了潜在的网络拓扑，使其在动态环境中具有高度强大。我们将覆盖范围制定为多级，合作图形游戏，采用变分推理（VI）以达到平衡。我们通过无人驾驶航空公司（UV）和用户设备（UE）机器人在实验中实验验证我们在移动临时无线网络场景中的方法。我们表明它可以在现实的网络条件下通过静止和移动用户设备（UE）机器人定义的ROI。
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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。
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我们考虑将移动机器人导航到具有视觉传感器的未知环境中的问题，在该环境中，机器人和传感器都无法访问全局定位信息，并且仅使用第一人称视图图像。虽然基于传感器网络的先前工作使用明确的映射和计划技术，并且经常得到外部定位系统的帮助，但我们提出了一种基于视觉的学习方法，该方法利用图形神经网络（GNN）来编码和传达相关的视点信息到移动机器人。在导航期间，机器人以模型为指导，我们通过模仿学习训练以近似最佳的运动原语，从而预测有效的成本（目标）。在我们的实验中，我们首先证明了具有各种传感器布局的以前看不见的环境的普遍性。仿真结果表明，通过利用传感器和机器人之间的通信，我们可以达到$ 18.1 \％$ $的成功率，同时将路径弯路的平均值降低$ 29.3 \％$，并且可变性降低了$ 48.4 \％$ $。这是在不需要全局地图，定位数据或传感器网络预校准的情况下完成的。其次，我们将模型从模拟到现实世界进行零拍传输。为此，我们训练一个“翻译器”模型，该模型在{}真实图像和模拟图像之间转换，以便可以直接在真实的机器人上使用导航策略（完全在模拟中训练），而无需其他微调。 。物理实验证明了我们在各种混乱的环境中的有效性。
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机器人和与世界相互作用或互动的机器人和智能系统越来越多地被用来自动化各种任务。这些系统完成这些任务的能力取决于构成机器人物理及其传感器物体的机械和电气部件，例如，感知算法感知环境，并计划和控制算法以生产和控制算法来生产和控制算法有意义的行动。因此，通常有必要在设计具体系统时考虑这些组件之间的相互作用。本文探讨了以端到端方式对机器人系统进行任务驱动的合作的工作，同时使用推理或控制算法直接优化了系统的物理组件以进行任务性能。我们首先考虑直接优化基于信标的本地化系统以达到本地化准确性的问题。设计这样的系统涉及将信标放置在整个环境中，并通过传感器读数推断位置。在我们的工作中，我们开发了一种深度学习方法，以直接优化信标的放置和位置推断以达到本地化精度。然后，我们将注意力转移到了由任务驱动的机器人及其控制器优化的相关问题上。在我们的工作中，我们首先提出基于多任务增强学习的数据有效算法。我们的方法通过利用能够在物理设计的空间上概括设计条件的控制器，有效地直接优化了物理设计和控制参数，以直接优化任务性能。然后，我们对此进行跟进，以允许对离散形态参数（例如四肢的数字和配置）进行优化。最后，我们通过探索优化的软机器人的制造和部署来得出结论。
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本文考虑了安全协调一个配备传感器的机器人团队的问题，以减少有关动态过程的不确定性，而该过程将使目标消除信息增益和能源成本。优化这种权衡是可取的，但是在机器人轨迹集中导致非占主酮目标函数。因此，基于协调下降的普通多机器人计划者失去了其性能保证。此外，处理非单调性的方法在受到机器人间碰撞避免约束时会失去其性能保证。由于需要保留性能保证和安全保证，这项工作提出了一种分布式计划者的层次结构方法，该方法使用本地搜索，并根据控制屏障功能提供了基于控制屏障功能的当地搜索和分散的控制器，以确保安全并鼓励及时到达传感位置。通过大量的模拟，硬件测试和硬件实验，我们证明了所提出的方法比基于坐标下降的算法在感应和能源成本之间取得更好的权衡。
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我们提出了一种新的四管齐下的方法，在文献中首次建立消防员的情境意识。我们构建了一系列深度学习框架，彼此之叠，以提高消防员在紧急首次响应设置中进行的救援任务的安全性，效率和成功完成。首先，我们使用深度卷积神经网络（CNN）系统，以实时地分类和识别来自热图像的感兴趣对象。接下来，我们将此CNN框架扩展了对象检测，跟踪，分割与掩码RCNN框架，以及具有多模级自然语言处理（NLP）框架的场景描述。第三，我们建立了一个深入的Q学习的代理，免受压力引起的迷失方向和焦虑，能够根据现场消防环境中观察和存储的事实来制定明确的导航决策。最后，我们使用了一种低计算无监督的学习技术，称为张量分解，在实时对异常检测进行有意义的特征提取。通过这些临时深度学习结构，我们建立了人工智能系统的骨干，用于消防员的情境意识。要将设计的系统带入消防员的使用，我们设计了一种物理结构，其中处理后的结果被用作创建增强现实的投入，这是一个能够建议他们所在地的消防员和周围的关键特征，这对救援操作至关重要在手头，以及路径规划功能，充当虚拟指南，以帮助迷彩的第一个响应者恢复安全。当组合时，这四种方法呈现了一种新颖的信息理解，转移和综合方法，这可能会大大提高消防员响应和功效，并降低寿命损失。
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近年来我们目睹了巨大进展的动机，本文提出了对协作同时定位和映射（C-SLAM）主题的科学文献的调查，也称为多机器人猛击。随着地平线上的自动驾驶车队和工业应用中的多机器人系统的兴起，我们相信合作猛击将很快成为未来机器人应用的基石。在本调查中，我们介绍了C-Slam的基本概念，并呈现了彻底的文献综述。我们还概述了C-Slam在鲁棒性，通信和资源管理方面的主要挑战和限制。我们通过探索该地区目前的趋势和有前途的研究途径得出结论。
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随着数据生成越来越多地在没有连接连接的设备上进行，因此与机器学习（ML）相关的流量将在无线网络中无处不在。许多研究表明，传统的无线协议高效或不可持续以支持ML，这创造了对新的无线通信方法的需求。在这项调查中，我们对最先进的无线方法进行了详尽的审查，这些方法是专门设计用于支持分布式数据集的ML服务的。当前，文献中有两个明确的主题，模拟的无线计算和针对ML优化的数字无线电资源管理。这项调查对这些方法进行了全面的介绍，回顾了最重要的作品，突出了开放问题并讨论了应用程序方案。
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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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