This paper presents a framework for mapping unknown scalar fields using a sensor-equipped autonomous robot operating in unsafe environments. The unsafe regions are defined as regions of high-intensity, where the field value exceeds a predefined safety threshold. For safe and efficient mapping of the scalar field, the sensor-equipped robot must avoid high-intensity regions during the measurement process. In this paper, the scalar field is modeled as a sample from a Gaussian process (GP), which enables Bayesian inference and provides closed-form expressions for both the predictive mean and the uncertainty. Concurrently, the spatial structure of the high-intensity regions is estimated in real-time using the Hough transform (HT), leveraging the evolving GP posterior. A safe sampling strategy is then employed to guide the robot towards safe measurement locations, using probabilistic safety guarantees on the evolving GP posterior. The estimated high-intensity regions also facilitate the design of safe motion plans for the robot. The effectiveness of the approach is verified through two numerical simulation studies and an indoor experiment for mapping a light-intensity field using a wheeled mobile robot.


翻译:本文提出了一种框架,利用配备传感器的自主机器人在非安全环境中对未知标量场进行映射。非安全区域定义为高强度区域,即场值超过预设安全阈值的区域。为安全高效地完成标量场映射,传感器机器人必须在测量过程中避开高强度区域。本文将标量场建模为高斯过程(GP)的样本,该模型支持贝叶斯推断,并提供预测均值与不确定性的闭式表达式。同时,基于实时更新的高斯过程后验,利用霍夫变换(HT)估计高强度区域的空间结构。随后采用安全采样策略,基于不断演化的高斯过程后验的概率性安全保证,引导机器人前往安全测量位置。所估计的高强度区域还有助于设计机器人的安全运动规划。通过两项数值仿真研究及一项利用轮式移动机器人映射光强度场的室内实验,验证了该方法的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

《基于高斯混合流和入包的异常检测》2023最新57页论文
专知会员服务
29+阅读 · 2023年5月15日
最新《高斯过程回归简明教程》,19页pdf
专知会员服务
73+阅读 · 2020年9月30日
综述:军事应用中使用的一些重要算法
专知
13+阅读 · 2022年7月3日
解读 | 得见的高斯过程
机器学习算法与Python学习
14+阅读 · 2019年2月13日
基于深度学习的目标检测算法剖析与实现【附PPT与视频资料】
人工智能前沿讲习班
12+阅读 · 2018年12月25日
网络安全态势感知浅析
计算机与网络安全
18+阅读 · 2017年10月13日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
14+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
6+阅读 · 6月21日
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
3+阅读 · 6月21日
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
10+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
12+阅读 · 6月17日
相关基金
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
14+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员