RI: Small: Collaborative Research: Information-driven Autonomous Exploration in Uncertain Underwater Environments
RI:小型:协作研究:不确定水下环境中信息驱动的自主探索
基本信息
- 批准号:1717951
- 负责人:
- 金额:$ 23.47万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-09-01 至 2021-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This project develops the theory and algorithms for autonomous navigation of mobile sensing platforms, such as unmanned ground, aerial, and underwater vehicles, so that the collected information is maximized while constraints on movement capabilities and energy expenditure are accommodated. This work facilitates the use of autonomous robots in environmental monitoring, search and rescue, surveillance and security, among other applications of societal importance. The algorithms are evaluated in field trials using unique gliding robotic fish. The project provides training for both graduate and undergraduate students, including those from underrepresented groups. Through showcasing at the Museum of Science and Industry in Chicago and offering of an open-source robotic fish education kit, the project promotes the interest of K-12 students and the general public in science and engineering. The project further facilitates transfer of software and hardware for robotic sensing to the market.The goal of this project is to bridge the gap between the theory and practice in information-driven mobile sensing and to develop a principled theoretic and algorithmic framework for autonomous exploration in uncertain, specifically underwater, environments. The approach exploits the concept of ergodic exploration, where the underlying optimization problem is solved using methods from nonlinear optimal control. The research consists of: 1) Establishing a rigorous theoretical framework for ergodic exploration for guaranteeing solution well-posedness and stability, and developing synthesis methods for real-time control; 2) exploring active probing of flow conditions via auxiliary measurement of tracer agents to mitigate environmental uncertainty; 3) investigating collaborative exploration schemes that strike balance among performance, complexity, and robustness; and 4) conducting field experiments to validate the framework using a group of gliding robotic fish to monitor harmful algal blooms and localize sources of chemical spills.
该项目开发移动传感平台(例如无人地面、空中和水下航行器)自主导航的理论和算法,以便在满足运动能力和能量消耗的限制的同时最大限度地收集信息。这项工作促进了自主机器人在环境监测、搜索和救援、监视和安全以及其他具有社会重要性的应用中的使用。使用独特的滑翔机器鱼在现场试验中对算法进行了评估。 该项目为研究生和本科生提供培训,包括来自代表性不足群体的学生。通过在芝加哥科学与工业博物馆进行展示并提供开源机器鱼教育套件,该项目提高了 K-12 学生和公众对科学和工程的兴趣。该项目进一步促进了机器人传感软件和硬件向市场的转移。该项目的目标是弥合信息驱动的移动传感理论与实践之间的差距,并为机器人传感领域的自主探索开发原则性的理论和算法框架。不确定的环境,特别是水下环境。该方法利用了遍历探索的概念,其中使用非线性最优控制的方法来解决潜在的优化问题。研究内容包括: 1)建立严格的遍历探索理论框架,以保证解的适定性和稳定性,并开发实时控制的综合方法; 2)探索通过示踪剂的辅助测量来主动探测流动条件,以减轻环境的不确定性; 3)研究在性能、复杂性和鲁棒性之间取得平衡的协作探索方案; 4) 使用一组滑翔的机器鱼进行现场实验来验证该框架,以监测有害藻华并定位化学品泄漏源。
项目成果
期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Adaptive Single Action Control Policies for Linearly Parameterized Systems
线性参数化系统的自适应单动作控制策略
- DOI:10.1115/dscc2019-9134
- 发表时间:2019-10
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Ennasr, Osama;Mamakoukas, Giorgos;Castaño, Maria;Coleman, Demetris;Murphey, Todd;Tan, Xiaobo
- 通讯作者:Tan, Xiaobo
Control-oriented Modeling of Soft Robotic Swimmer with Koopman Operators
带有 Koopman 算子的软体机器人游泳者的面向控制建模
- DOI:10.1109/aim43001.2020.9159033
- 发表时间:2020-07
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Castano, Maria L.;Hess, Andrew;Mamakoukas, Giorgos;Gao, Tong;Murphey, Todd;Tan, Xiaobo
- 通讯作者:Tan, Xiaobo
Local Koopman Operators for Data-Driven Control of Robotic Systems
用于机器人系统数据驱动控制的本地 Koopman 操作员
- DOI:10.15607/rss.2019.xv.054
- 发表时间:2019-06-22
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Giorgos Mamakoukas;Maria L. Castaño;Xiaobo Tan;T. Murphey
- 通讯作者:T. Murphey
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- DOI:10.1109/lra.2018.2849588
- 发表时间:2018-10
- 期刊:
- 影响因子:5.2
- 作者:Abraham, Ian;Murphey, Todd D.
- 通讯作者:Murphey, Todd D.
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- DOI:10.1021/acsaenm.3c00591
- 发表时间:2020-06-06
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Giorgos Mamakoukas;Orest Xherija;T. Murphey
- 通讯作者:T. Murphey
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