NRI: Autonomous Synthesis of Haptic Languages

NRI：触觉语言的自主合成

基本信息

批准号：
1426961
负责人：
Todd Murphey
金额：
$ 58.52万
依托单位：
Northwestern University
依托单位国家：
美国
项目类别：
Standard Grant
财政年份：
2014
资助国家：
美国
起止时间：
2014-08-01 至 2019-07-31
项目状态：
已结题

来源：
https://www.nsf.gov/awardsearch/showAward?AWD_ID=1426961&HistoricalAwards=false
关键词：
NRI Autonomous Synthesis Haptic Languages

项目摘要

This project develops algorithms that enable a robot to physically explore its environment using touch and to construct a language that it can use to describe that environment. The steps include exploring an environment while actively seeking information and then detecting potential elements of a language to describe what was touched. A secondary phase involves taking the set of language elements and compressing the language itself so that sensing, storage, and communication are all more efficient and more robust. The work will use a robot equipped with a robotic arm, hand, and fingertip sensors to describe objects and surfaces it encounters, all without any information about the objects provided beforehand. The importance of the work stems from the need for robots to operate in environments where touch is the only reliable sensory source. For instance, underwater applications often have limited visibility and dexterous manipulation can suffer from visual occlusion due to the hand itself. This research will enable robots to be more responsive to touch and more reliable in vision-impoverished environments.A key technical tool used in this work is ergodic control, a computational technique that finds exploration strategies matching desired statistics. Symbol detection involves finding definitions of dynamic sensor evolution that minimize measures of variability. Language minimization depends on computing the entropy of a language, and finding the minimal language that has the same level of expressiveness. These three mathematical and algorithmic components need to be used in parallel during language creation, and they each have to respect physical limitations on the part of the robot (e.g., computational limitations and physical limitations). Software will be shared through the Robot Operating System (ROS) and TREP (physical simulation and optimal control software).

该项目开发的算法使机器人能够通过触摸来物理探索其环境，并构建一种可用于描述该环境的语言。这些步骤包括探索环境，同时积极寻找信息，然后检测语言的潜在元素来描述所触摸的内容。第二阶段涉及获取语言元素集并压缩语言本身，以便感知、存储和通信更加高效和鲁棒。这项工作将使用配备机械臂、手和指尖传感器的机器人来描述它遇到的物体和表面，所有这些都不需要事先提供有关物体的任何信息。这项工作的重要性源于机器人需要在触摸是唯一可靠的感官来源的环境中运行。例如，水下应用的可见度通常有限，而灵巧的操作可能会因手本身而受到视觉遮挡。这项研究将使机器人对触摸更加敏感，并且在视觉匮乏的环境中更加可靠。这项工作中使用的一个关键技术工具是遍历控制，这是一种计算技术，可以找到与所需统计数据相匹配的探索策略。符号检测涉及寻找动态传感器演变的定义，以最小化变异性的测量。语言最小化取决于计算语言的熵，并找到具有相同表达水平的最小语言。这三个数学和算法组件需要在语言创建过程中并行使用，并且它们各自必须尊重机器人的物理限制（例如，计算限制和物理限制）。软件将通过机器人操作系统（ROS）和TREP（物理模拟和最优控制软件）共享。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Real-Time Area Coverage and Target Localization Using Receding-Horizon Ergodic Exploration

使用后退地平线遍历探索的实时区域覆盖和目标定位

DOI：
10.1109/tro.2017.2766265
发表时间：
2017-08-28
期刊：
IEEE Transactions on Robotics
影响因子：
7.8
作者：
A. Mavrommati;E. Tzorakoleftherakis;Ian Abraham;T. Murphey
通讯作者：
T. Murphey

Automatic synthesis of control alphabet policies

控制字母策略的自动合成

DOI：
10.1109/coase.2016.7743422
发表时间：
2016-08-01
期刊：
2016 IEEE International Conference on Automation Science and Engineering (CASE)
影响因子：
0
作者：
A. Mavrommati;T. Murphey
通讯作者：
T. Murphey

Autonomous visual rendering using physical motion

使用物理运动的自主视觉渲染