机械化新鲜市场水果的手工采伐构成了水果产业可持续性的最大挑战之一。在手动收获草莓和桌葡萄等新鲜市场作物时,拾取器花费大量的时间行走,将全托盘携带到领域边缘的收集站。增加对这种作物的收获自动化的一步是部署运输空和全托盘的收获辅助协作机器人(共用机器人),从而通过减少拾取器的非生产步行时间来增加收获效率。这项工作介绍了在商业草莓收获过程中开发合作机器收获援助系统及其评估。在系统的核心上,提示了一种预测随机调度算法,其最小化了预期的非拾取时间,从而最大化了收获效率。在评估实验期间,当机器人到拾取器的比例为1:3时,共同机器人将平均收获效率提高约10%并将平均非生产时间减少60%。在这项工作中开发的概念可以应用于机器人收获艾滋病,用于其他手动收获的作物,这些作物涉及用于行走的作物运输。
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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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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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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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在过去的十年中,自动驾驶航空运输车辆引起了重大兴趣。这是通过空中操纵器和新颖的握手的技术进步来实现这一目标的。此外,改进的控制方案和车辆动力学能够更好地对有效载荷进行建模和改进的感知算法,以检测无人机(UAV)环境中的关键特征。在这项调查中,对自动空中递送车辆的技术进步和开放研究问题进行了系统的审查。首先,详细讨论了各种类型的操纵器和握手,以及动态建模和控制方法。然后,讨论了降落在静态和动态平台上的。随后,诸如天气状况,州估计和避免碰撞之类的风险以确保安全过境。最后,调查了交付的UAV路由,该路由将主题分为两个领域:无人机操作和无人机合作操作。
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在带有电动车队的乘车系统中,充电是一个复杂的决策过程。大多数电动汽车(EV)出租车服务要求驾驶员做出利己主义决定,从而导致分散的临时充电策略。车辆之间通常缺乏或不共享移动性系统的当前状态,因此无法做出最佳的决定。大多数现有方法都不将时间,位置和持续时间结合到全面的控制算法中,也不适合实时操作。因此,我们提出了一种实时预测性充电方法,用于使用一个名为“闲置时间开发(ITX)”的单个操作员进行乘车服务,该方法预测了车辆闲置并利用这些时期来收获能量的时期。它依靠图形卷积网络和线性分配算法来设计最佳的车辆和充电站配对,以最大程度地提高利用的空闲时间。我们通过对纽约市现实世界数据集的广泛模拟研究评估了我们的方法。结果表明,就货币奖励功能而言,ITX的表现优于所有基线方法至少提高5%(相当于6,000个车辆操作的$ 70,000),该奖励奖励功能的建模旨在复制现实世界中乘车系统的盈利能力。此外,与基线方法相比,ITX可以将延迟至少减少4.68%,并且通常通过促进顾客在整个车队中更好地传播乘客的舒适度。我们的结果还表明,ITX使车辆能够在白天收获能量,稳定电池水平,并增加需求意外激增的弹性。最后,与表现最佳的基线策略相比,峰值负载减少了17.39%,这使网格操作员受益,并为更可持续的电网使用铺平了道路。
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行为树(BT)是一种在自主代理中(例如机器人或计算机游戏中的虚拟实体)之间在不同任务之间进行切换的方法。 BT是创建模块化和反应性的复杂系统的一种非常有效的方法。这些属性在许多应用中至关重要,这导致BT从计算机游戏编程到AI和机器人技术的许多分支。在本书中,我们将首先对BTS进行介绍,然后我们描述BTS与早期切换结构的关系,并且在许多情况下如何概括。然后,这些想法被用作一套高效且易于使用的设计原理的基础。安全性,鲁棒性和效率等属性对于自主系统很重要,我们描述了一套使用BTS的状态空间描述正式分析这些系统的工具。借助新的分析工具,我们可以对BTS如何推广早期方法的形式形式化。我们还显示了BTS在自动化计划和机器学习中的使用。最后,我们描述了一组扩展的工具,以捕获随机BT的行为,其中动作的结果由概率描述。这些工具可以计算成功概率和完成时间。
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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。
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近年来,物联网设备的数量越来越快,这导致了用于管理,存储,分析和从不同物联网设备的原始数据做出决定的具有挑战性的任务,尤其是对于延时敏感的应用程序。在车辆网络(VANET)环境中,由于常见的拓扑变化,车辆的动态性质使当前的开放研究发出更具挑战性,这可能导致车辆之间断开连接。为此,已经在5G基础设施上计算了云和雾化的背景下提出了许多研究工作。另一方面,有多种研究提案旨在延长车辆之间的连接时间。已经定义了车辆社交网络(VSN)以减少车辆之间的连接时间的负担。本调查纸首先提供了关于雾,云和相关范例,如5G和SDN的必要背景信息和定义。然后,它将读者介绍给车辆社交网络,不同的指标和VSN和在线社交网络之间的主要差异。最后,本调查调查了在展示不同架构的VANET背景下的相关工作,以解决雾计算中的不同问题。此外,它提供了不同方法的分类,并在雾和云的上下文中讨论所需的指标,并将其与车辆社交网络进行比较。与VSN和雾计算领域的新研究挑战和趋势一起讨论了相关相关工程的比较。
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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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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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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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从意外的外部扰动中恢复的能力是双模型运动的基本机动技能。有效的答复包括不仅可以恢复平衡并保持稳定性的能力,而且在平衡恢复物质不可行时,也可以保证安全的方式。对于与双式运动有关的机器人,例如人形机器人和辅助机器人设备,可帮助人类行走,设计能够提供这种稳定性和安全性的控制器可以防止机器人损坏或防止伤害相关的医疗费用。这是一个具有挑战性的任务,因为它涉及用触点产生高维,非线性和致动系统的高动态运动。尽管使用基于模型和优化方法的前进方面,但诸如广泛领域知识的要求,诸如较大的计算时间和有限的动态变化的鲁棒性仍然会使这个打开问题。在本文中,为了解决这些问题,我们开发基于学习的算法,能够为两种不同的机器人合成推送恢复控制政策:人形机器人和有助于双模型运动的辅助机器人设备。我们的工作可以分为两个密切相关的指示:1)学习人形机器人的安全下降和预防策略,2)使用机器人辅助装置学习人类的预防策略。为实现这一目标,我们介绍了一套深度加强学习(DRL)算法,以学习使用这些机器人时提高安全性的控制策略。
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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。
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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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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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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。
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本文通过讨论参加了为期三年的SubT竞赛的六支球队的不同大满贯策略和成果,报道了地下大满贯的现状。特别是,本文有四个主要目标。首先,我们审查团队采用的算法,架构和系统;特别重点是以激光雷达以激光雷达为中心的SLAM解决方案(几乎所有竞争中所有团队的首选方法),异质的多机器人操作(包括空中机器人和地面机器人)和现实世界的地下操作(从存在需要处理严格的计算约束的晦涩之处)。我们不会回避讨论不同SubT SLAM系统背后的肮脏细节,这些系统通常会从技术论文中省略。其次,我们通过强调当前的SLAM系统的可能性以及我们认为与一些良好的系统工程有关的范围来讨论该领域的成熟度。第三,我们概述了我们认为是基本的开放问题,这些问题可能需要进一步的研究才能突破。最后,我们提供了在SubT挑战和相关工作期间生产的开源SLAM实现和数据集的列表,并构成了研究人员和从业人员的有用资源。
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我们考虑将订单和机架分配给多个站点的问题,并在机器人辅助Kiva仓库中的每个站测序它们的互连处理流程。涉及问题的各种决定,它与实时紧密相关,必须实时解决,以便易于治疗。但是,利用订单分配与采摘站调度之间的协同作用效益采摘效率。我们开发了一个完整的数学模型,考虑到协同作用,以尽量减少机架访问总数。为了解决这个难以解决的问题,我们开发了一种基于模拟退火和动态规划的高效算法。计算研究表明,在解决方案质量方面,所提出的方法优于实践中使用的规则的策略。此外,结果表明,忽略订单分配政策会导致真实世界大小的实例相当最优的差距。
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自动化驾驶系统(广告)开辟了汽车行业的新领域,为未来的运输提供了更高的效率和舒适体验的新可能性。然而,在恶劣天气条件下的自主驾驶已经存在,使自动车辆(AVS)长时间保持自主车辆(AVS)或更高的自主权。本文评估了天气在分析和统计方式中为广告传感器带来的影响和挑战,并对恶劣天气条件进行了解决方案。彻底报道了关于对每种天气的感知增强的最先进技术。外部辅助解决方案如V2X技术,当前可用的数据集,模拟器和天气腔室的实验设施中的天气条件覆盖范围明显。通过指出各种主要天气问题,自主驾驶场目前正在面临,近年来审查硬件和计算机科学解决方案,这项调查概述了在不利的天气驾驶条件方面的障碍和方向的障碍和方向。
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