我们为自主无人驾驶飞行器（UAV）设计了一个瓶颈分析工具。该工具通过利用自主UV中的各种组件之间的基本关系，如传感器，计算，身体动态。为了保证安全操作，同时最大化UAV的性能（例如，速度），必须精心设计（或选择）的计算，传感器和其他机械性能。我们所提出的工具的目标是提供一种可视化模型，帮助系统架构师了解自主无人机的最佳计算设计（或选择）。该工具可在此处提供：〜\ url {https://bit.ly/skyline-tool}
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纳米大小的无人机具有探索未知和复杂环境的巨大潜力。它们的尺寸很小，使它们敏捷且安全地靠近人类，并使他们能够穿过狭窄的空间。但是，它们的尺寸很小和有效载荷限制了板载计算和传感的可能性，从而使完全自主的飞行极具挑战性。迈向完全自主权的第一步是可靠的避免障碍，这在通用的室内环境中被证明在技术上具有挑战性。当前的方法利用基于视觉或一维传感器来支持纳米无人机感知算法。这项工作为基于新颖的毫米尺寸64像素多区域飞行时间（TOF）传感器和通用的无模型控制策略提供了轻巧的避免障碍系统。报告的现场测试基于Crazyflie 2.1，该测试由定制的多区TOF甲板扩展，总质量为35克。该算法仅使用0.3％的车载处理能力（210US执行时间），帧速率为15fps，为许多未来应用提供了绝佳的基础。运行提出的感知系统（包括抬起和操作传感器）所需的总无人机功率不到10％。在通用且以前未开发的室内环境中，提出的自动纳米大小无人机以0.5m/s的速度达到100％可靠性。所提出的系统释放出具有广泛数据集的开源，包括TOF和灰度摄像头数据，并与运动捕获中的无人机位置地面真相结合在一起。
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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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近年来，空中机器人背景下的高速导航和环境互动已成为几个学术和工业研究研究的兴趣领域。特别是，由于其若干环境中的潜在可用性，因此搜索和拦截（SAI）应用程序造成引人注目的研究区域。尽管如此，SAI任务涉及有关感官权重，板载计算资源，致动设计和感知和控制算法的具有挑战性的发展。在这项工作中，已经提出了一种用于高速对象抓握的全自动空中机器人。作为一个额外的子任务，我们的系统能够自主地刺穿位于靠近表面的杆中的气球。我们的第一款贡献是在致动和感觉水平的致动和感觉水平的空中机器人的设计，包括具有额外传感器的新型夹具设计，使机器人能够高速抓住物体。第二种贡献是一种完整的软件框架，包括感知，状态估计，运动计划，运动控制和任务控制，以便快速且强大地执行自主掌握任务。我们的方法已在一个具有挑战性的国际竞争中验证，并显示出突出的结果，能够在室外环境中以6米/分来自动搜索，遵循和掌握移动物体
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我们提出了一个新型混合动力系统（硬件和软件），该系统载有微型无人接地车辆（MiniUGV），以执行复杂的搜索和操纵任务。该系统利用异质机器人来完成使用单个机器人系统无法完成的任务。它使无人机能够探索一个隐藏的空间，并具有狭窄的开口，Miniugv可以轻松进入并逃脱。假定隐藏的空间可用于MiniUGV。 MiniUGV使用红外（IR）传感器和单眼相机在隐藏空间中搜索对象。所提出的系统利用摄像机的更广阔的视野（FOV）以及对象检测算法的随机性引导隐藏空间中的MiniUGV以找到对象。找到对象后，MiniUGV使用视觉伺服抓住它，然后返回其起点，从无人机将其缩回并将物体运送到安全的地方。如果在隐藏空间中没有发现对象，则无人机继续进行空中搜索。束缚的MiniUGV使无人机具有超出其影响力并执行搜索和操纵任务的能力，而该任务对于任何机器人都无法单独进行。该系统具有广泛的应用，我们通过重复实验证明了其可行性。
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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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随着自动驾驶汽车（AV）开发的发展，对环境中乘客和代理商的安全性的担忧已经上升。涉及自主控制车辆的每个现实世界交通碰撞都使这种担忧加剧了。开源自主驾驶实现显示了具有复杂相互依赖任务的软件体系结构，这很大程度上依赖于机器学习和深层神经网络（DNN），这些任务容易受到非确定性故障和角落案例的影响。这些复杂的子系统共同履行AV的任务，同时还保持安全性。尽管在提高对这些系统的经验可靠性和信心方面正在做出重大改进，但DNN验证的固有局限性在提供AV中提供确定性安全保证方面却引起了无法克服的挑战。我们提出了协同冗余（SR），这是一种用于复杂网络物理系统的安全架构，例如AV。 SR通过将系统的任务和安全任务解耦来提供可验证的安全保证。在独立履行其主要角色的同时，部分功能多余的任务和安全任务能够相互帮助，从而协同改善合并的系统。协同安全层仅使用可验证且可分析的软件来完成其任务。与任务层的密切协调可以更轻松，更早地检测系统中的紧急故障。 SR简化了任务层的优化目标并改进了其设计。 SR提供了高性能的安全部署，尽管本质上无法验证的机器学习软件。在这项工作中，我们首先介绍SR体系结构的设计和功能，然后评估解决方案的功效，重点关注AV中障碍物存在故障的关键问题。
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我们提出了通过现实的模拟和现实世界实验来支持可复制研究的多运动无人机控制（UAV）和估计系统。我们提出了一个独特的多帧本地化范式，用于同时使用多个传感器同时估算各种参考框架中的无人机状态。该系统可以在GNSS和GNSS贬低的环境中进行复杂的任务，包括室外室内过渡和执行冗余估计器，以备份不可靠的本地化源。提出了两种反馈控制设计：一个用于精确和激进的操作，另一个用于稳定和平稳的飞行，并进行嘈杂的状态估计。拟议的控制和估计管道是在3D中使用Euler/Tait-Bryan角度表示的，而无需使用Euler/Tait-Bryan角度表示。取而代之的是，我们依靠旋转矩阵和一个新颖的基于标题的惯例来代表标准多电流直升机3D中的一个自由旋转自由度。我们提供了积极维护且有据可查的开源实现，包括对无人机，传感器和本地化系统的现实模拟。拟议的系统是多年应用系统，空中群，空中操纵，运动计划和遥感的多年研究产物。我们所有的结果都得到了现实世界中的部署的支持，该系统部署将系统塑造成此处介绍的表单。此外，该系统是在我们团队从布拉格的CTU参与期间使用的，该系统在享有声望的MBZIRC 2017和2020 Robotics竞赛中，还参加了DARPA SubT挑战赛。每次，我们的团队都能在世界各地最好的竞争对手中获得最高位置。在每种情况下，挑战都促使团队改善系统，并在紧迫的期限内获得大量高质量的体验。
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飞行机器人通常相当细腻，在面对碰撞的风险时需要保护性围墙，而高复杂性和有效载荷降低是碰撞弹性飞行机器人的反复出现的问题。受节肢动物的外骨骼的启发，我们设计了一个简单，开源的，易于制造的半刚性结构，具有柔软的接头，可以承受高速影响。使用外骨骼，保护壳成为主要机器人结构的一部分，从而最大程度地减少了其有效载荷能力的损失。我们的设计易于使用廉价组件（例如竹串）和消费级3D打印机来构建和自定义。结果是认知，这是一种低于250G的自动脉动四轮摩托车，可在高达7m/s的速度下生存多个碰撞。除了其碰撞弹性外，使用Python或Buzz可以易于编程，还携带传感器，使其可以飞行大约。 17分钟无需GPS或外部运动捕获系统，具有足够的计算能力，可以在板载板上运行深神网络模型，并旨在促进与自动化电池交换系统的集成。通过大大降低破坏自己的硬件或环境的风险，这种结构成为高风险活动（例如在混乱的环境或加固学习培训中飞行）的理想平台。源代码，3D文件，说明和视频可通过项目网站（https://thecognifly.github.io）获得。
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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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对无人机系统（UAS）6G通信网络的供电解决方案的发动机解决方案非常广泛地增长了基于机器学习的自主模块和嵌入式图形处理单元（GPU）的广泛可用性。虽然这些技术已经彻底改变了UAS解决方案的可能性，但为UAS设计可操作，稳健的自主框架仍然是一个多方面和难题。在这项工作中，我们向US-IFLY提供了我们的小说，模块化框架，题为MR-IFLY，并讨论如何扩展它以启用6G Swarm解决方案。我们首先详细说明基于机器学习的UAS自主权与资源受限设备相关的挑战。接下来，我们深入描述，MR-IFLY的新颖深度估计和碰撞避免技术如何满足这些挑战。最后，我们描述了我们用来测量性能的各种评估标准，展示我们的优化机器视觉组件如何提供最多15倍的基线模型，并呈现MR-Ifly基于视觉碰撞避免技术的飞行演示视频。我们认为，这些经验结果通过提供独立的碰撞避免和导航能力来减少6G通信群中的节点之间的通信开销的候选者。
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感官反应系统（例如机器人技术和AR/VR）必须采取高度响应的实时操作，这是由涉及感应，感知，计划和反应任务的复杂决策驱动的。这些任务必须安排在资源约束的设备上，以便满足应用程序的性能目标和要求。这是一个困难的调度问题，需要处理多个调度维度以及资源使用和可用性的变化。实际上，系统设计师手动调整其特定硬件和应用参数，从而导致泛化不良并增加了开发负担。在这项工作中，我们强调了在有感觉反应系统中在运行时安排CPU资源的新兴需求。我们研究三个规范应用程序（面部跟踪，机器人导航和VR），以首先了解此类系统的关键调度要求。凭借这种理解，我们开发了一个调度框架Catan，该框架动态调度了在应用程序的不同组件上计算资源，以满足指定的应用程序要求。通过在广泛使用的机器人技术框架（ROS）和开源AR/VR平台上实施的原型实验，我们显示了系统计划对达到三个应用程序的性能目标的影响，Catan能够更好地取得更好的成就应用程序性能比手工调整的配置以及如何动态适应运行时变化。
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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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在本文中，我们提出了一种反应性约束导航方案，并避免了无人驾驶汽车（UAV）的嵌入式障碍物，以便在障碍物密集的环境中实现导航。拟议的导航体系结构基于非线性模型预测控制（NMPC），并利用板载2D激光雷达来检测障碍物并在线转换环境的关键几何信息为NMPC的参数约束，以限制可用位置空间的可用位置空间无人机。本文还重点介绍了所提出的反应导航方案的现实实施和实验验证，并将其应用于多个具有挑战性的实验室实验中，我们还与相关的反应性障碍物避免方法进行了比较。提出的方法中使用的求解器是优化引擎（开放）和近端平均牛顿进行最佳控制（PANOC）算法，其中采用了惩罚方法来正确考虑导航任务期间的障碍和输入约束。拟议的新颖方案允许快速解决方案，同时使用有限的车载计算能力，这是无人机的整体闭环性能的必需功能，并在多个实时场景中应用。内置障碍物避免和实时适用性的结合使所提出的反应性约束导航方案成为无人机的优雅框架，能够执行快速的非线性控制，本地路径计划和避免障碍物，所有框架都嵌入了控制层中。
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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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As aerial robots are tasked to navigate environments of increased complexity, embedding collision tolerance in their design becomes important. In this survey we review the current state-of-the-art within the niche field of collision-tolerant micro aerial vehicles and present different design approaches identified in the literature, as well as methods that have focused on autonomy functionalities that exploit collision resilience. Subsequently, we discuss the relevance to biological systems and provide our view on key directions of future fruitful research.
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在迅速增长的海上风电场市场中出现了增加风力涡轮机尺寸和距离的全球趋势。在英国，海上风电业于2019年生产了英国最多的电力，前一年增加了19.6％。目前，英国将进一步增加产量，旨在增加安装的涡轮机容量74.7％，如最近的冠村租赁轮次反映。通过如此巨大的增长，该部门现在正在寻求机器人和人工智能（RAI），以解决生命周期服务障碍，以支持可持续和有利可图的海上风能生产。如今，RAI应用主要用于支持运营和维护的短期目标。然而，前进，RAI在海上风基础设施的全部生命周期中有可能发挥关键作用，从测量，规划，设计，物流，运营支持，培训和退役。本文介绍了离岸可再生能源部门的RAI的第一个系统评论之一。在当前和未来的要求方面，在行业和学术界的离岸能源需求分析了rai的最先进的。我们的评论还包括对支持RAI的投资，监管和技能开发的详细评估。通过专利和学术出版数据库进行详细分析确定的关键趋势，提供了对安全合规性和可靠性的自主平台认证等障碍的见解，这是自主车队中可扩展性的数字架构，适应性居民运营和优化的适应性规划人机互动对人与自治助理的信赖伙伴关系。
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Many aerial robotic applications require the ability to land on moving platforms, such as delivery trucks and marine research boats. We present a method to autonomously land an Unmanned Aerial Vehicle on a moving vehicle. A visual servoing controller approaches the ground vehicle using velocity commands calculated directly in image space. The control laws generate velocity commands in all three dimensions, eliminating the need for a separate height controller. The method has shown the ability to approach and land on the moving deck in simulation, indoor and outdoor environments, and compared to the other available methods, it has provided the fastest landing approach. Unlike many existing methods for landing on fast-moving platforms, this method does not rely on additional external setups, such as RTK, motion capture system, ground station, offboard processing, or communication with the vehicle, and it requires only the minimal set of hardware and localization sensors. The videos and source codes are also provided.
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我们生活的世界充满了技术，而每天都有无人机的进步和使用有效地增加。由于许多应用程序方案，在某些任务中，无人机容易受到外部干扰的影响，例如地面站的连通性丧失，安全任务，安全问题和与交货相关的任务。因此，根据情况，这可能会影响运营并导致无人机的安全着陆。因此，本文提出了一种在动态环境中安全着陆的启发式方法。这种方法的目的是检测安全的潜在降落区 - PLZ，并找出最适合降落的区域。最初，PLZ是通过通过Canny Edge算法处理图像来检测的，然后应用了直径估计值对于每个边缘最小的区域。比车辆间隙更高的斑点被标记为安全PLZ。在该方法的第二阶段中，计算了向PLZ移动的动态障碍的速度，并考虑到达到区域的时间。计算无人机的ETA并在无人机的下降期间，执行动态障碍物。在现实世界环境中测试的方法显示了现有工作的更好结果。
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Filming sport videos from an aerial view has always been a hard and an expensive task to achieve, especially in sports that require a wide open area for its normal development or the ones that put in danger human safety. Recently, a new solution arose for aerial filming based on the use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), which is substantially cheaper than traditional aerial filming solutions that require conventional aircrafts like helicopters or complex structures for wide mobility. In this paper, we describe the design process followed for building a customized UAV suitable for sports aerial filming. The process includes the requirements definition, technical sizing and selection of mechanical, hardware and software technologies, as well as the whole integration and operation settings. One of the goals is to develop technologies allowing to build low cost UAVs and to manage them for a wide range of usage scenarios while achieving high levels of flexibility and automation. This work also shows some technical issues found during the development of the UAV as well as the solutions implemented.
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