NSF-BSF: RI: Small: Resource-Constrained Multi-hypothesis-aware Perception

NSF-BSF:RI:小型:资源受限的多假设感知感知

基本信息

  • 批准号:
    2008279
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 47.11万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-10-01 至 2024-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Mobile robots such as self-driving cars, service and household robots, will help people in their daily lives. They operate outside controlled factory environments where they need to perceive the world around them using onboard sensors such as cameras to self-localize, create maps, and perform tasks. Most current perception systems estimate the most likely state of the world but are poor at handling ambiguity and can therefore easily fail. In ambiguous situations, the most likely solution based on the currently available sensor measurements is selected, even though that might not be the one that corresponds to reality. Future measurements can disambiguate the situation, but if the correct solution has previously been discarded, it cannot be recovered, and the robot will fail in its task. This project focuses on developing novel algorithms that can deal with ambiguity for example by keeping track of multiple possible solutions. The key challenge is that the number of possible solutions can grow rapidly, and efficient solutions are needed that can be implemented with the restricted computational resources available onboard mobile robots.The novel methods to be investigated in this research will extend current state-of-the-art robust perception and belief space planning techniques by approximating the full set of potential hypotheses while simultaneously decreasing computational demands and providing probabilistic bounds on performance. Two different approximations will be investigated: (1) by grouping similar hypotheses into sets that can be approximately evaluated efficiently as a group and (2) by seeking to find a simplified set of hypotheses that is probabilistically close to the original unreduced set of hypotheses. After developing these methods in the passive case, they will be extended to the active perception situation where inherent tradeoffs will be investigated to attain online performance during both simulated and real-world experiments in environments where perceptual aliasing and ambiguity are prevalent.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
自动驾驶汽车、服务机器人和家庭机器人等移动机器人将为人们的日常生活提供帮助。他们在受控工厂环境之外运行,需要使用相机等机载传感器来感知周围的世界,以进行自我定位、创建地图和执行任务。目前大多数感知系统都会估计世界最可能的状态,但在处理模糊性方面表现不佳,因此很容易失败。在模棱两可的情况下,会选择基于当前可用传感器测量结果的最可能的解决方案,即使这可能不是与现实相符的解决方案。未来的测量可以消除这种情况的歧义,但如果之前正确的解决方案已被丢弃,则无法恢复,机器人将无法完成任务。该项目专注于开发能够处理歧义的新颖算法,例如通过跟踪多种可能的解决方案。关键的挑战是可能的解决方案的数量可以快速增长,并且需要可以利用移动机器人上可用的有限计算资源来实现的有效解决方案。本研究中要研究的新颖方法将扩展当前的状态-艺术稳健的感知和信念空间规划技术,通过近似全套潜在假设,同时减少计算需求并提供性能的概率界限。将研究两种不同的近似:(1)通过将相似的假设分组为可以作为一个组进行有效近似评估的集合,以及(2)通过寻求在概率上接近原始未简化假设集的简化假设集。在被动情况下开发这些方法后,它们将扩展到主动感知情况,其中将研究固有的权衡,以便在感知混叠和模糊普遍的环境中的模拟和现实世界实验中获得在线性能。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

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)
InCOpt: Incremental Constrained Optimization using the Bayes Tree
InCOpt:使用贝叶斯树的增量约束优化
Robust Incremental Smoothing and Mapping (riSAM)
鲁棒增量平滑和映射 (riSAM)
  • DOI:
    10.1109/icra48891.2023.10161438
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    McGann, Daniel;Rogers, John G.;Kaess, Michael
  • 通讯作者:
    Kaess, Michael
ShapeMap 3-D: Efficient shape mapping through dense touch and vision
ShapeMap 3-D:通过密集的触摸和视觉进行高效的形状映射
ARAS: Ambiguity-aware Robust Active SLAM based on Multi-hypothesis State and Map Estimations
ARAS:基于多假设状态和地图估计的模糊感知鲁棒主动 SLAM
Tactile SLAM: Real-time inference of shape and pose from planar pushing
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Multi-Radar Inertial Odometry for 3D State Estimation using mmWave Imaging Radar
使用毫米波成像雷达进行 3D 状态估计的多雷达惯性里程计
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jui;Ruoyang Xu;Akshay Hinduja;Michael Kaess
  • 通讯作者:
    Michael Kaess
Temporally Scalable Visual Slam Using a Reduced Pose Graph Temporally Scalable Visual Slam Using a Reduced Pose Graph
使用简化姿态图的时间可伸缩视觉 Slam 使用简化姿态图的时间可伸缩视觉 Slam
  • DOI:
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    H. Johannsson;Michael Kaess;Maurice F. Fallon;John J. Leonard
  • 通讯作者:
    John J. Leonard
Learning Covariances for Estimation with Constrained Bilevel Optimization
通过约束双层优化学习协方差进行估计
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Mohamad Qadri;Zachary Manchester;Michael Kaess
  • 通讯作者:
    Michael Kaess
Learning Observation Models with Incremental Non-Differentiable Graph Optimizers in the Loop for Robotics State Estimation
在循环中使用增量不可微图优化器学习观察模型以进行机器人状态估计
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Mohamad Qadri;Michael Kaess
  • 通讯作者:
    Michael Kaess
Efficient shape mapping through dense touch and vision
通过密集的触觉和视觉进行高效的形状映射
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Sudharshan Suresh;Zilin Si;Joshua G. Mangelson;Wenzhen Yuan;Michael Kaess
  • 通讯作者:
    Michael Kaess

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    2021
  • 资助金额:
    $ 47.11万
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NSF-BSF:RI:小型:通过形式和经验分析的高效变压器
  • 批准号:
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  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 47.11万
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NSF-BSF:RI:小型:随着时间的推移进行规划和行动
  • 批准号:
    2008594
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 47.11万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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