Future collaborative robots must be capable of finding objects. As such a fundamental skill, we expect object search to eventually become an off-the-shelf capability for any robot, similar to e.g., object detection, SLAM, and motion planning. However, existing approaches either make unrealistic compromises (e.g., reduce the problem from 3D to 2D), resort to ad-hoc, greedy search strategies, or attempt to learn end-to-end policies in simulation that are yet to generalize across real robots and environments. This thesis argues that through using Partially Observable Markov Decision Processes (POMDPs) to model object search while exploiting structures in the human world (e.g., octrees, correlations) and in human-robot interaction (e.g., spatial language), a practical and effective system for generalized object search can be achieved. In support of this argument, I develop methods and systems for (multi-)object search in 3D environments under uncertainty due to limited field of view, occlusion, noisy, unreliable detectors, spatial correlations between objects, and possibly ambiguous spatial language (e.g., "The red car is behind Chase Bank"). Besides evaluation in simulators such as PyGame, AirSim, and AI2-THOR, I design and implement a robot-independent, environment-agnostic system for generalized object search in 3D and deploy it on the Boston Dynamics Spot robot, the Kinova MOVO robot, and the Universal Robots UR5e robotic arm, to perform object search in different environments. The system enables, for example, a Spot robot to find a toy cat hidden underneath a couch in a kitchen area in under one minute. This thesis also broadly surveys the object search literature, proposing taxonomies in object search problem settings, methods and systems.


翻译:未来协作机器人必须能够自主寻找物体。作为一项基础技能,我们期待物体搜索最终能成为任何机器人的即用型能力,如同物体检测、SLAM和运动规划等现有技术。然而,现有方法要么做出不切实际的假设(如将三维问题简化为二维),要么采用临时性的贪婪搜索策略,或试图在仿真中学习端到端策略却难以推广至真实机器人与环境。本文论证:通过采用部分可观测马尔可夫决策过程(POMDPs)对物体搜索进行建模,同时利用人类世界结构(如八叉树、相关性)和人机交互特性(如空间语言),可实现通用物体搜索的实用高效系统。为支持这一论点,本文开发了三维环境下应对多种不确定性(包括视场受限、遮挡、噪声干扰、不可靠检测器、物体间空间关联及模糊空间语言如"红车在Chase银行后面")的(多)物体搜索方法与系统。除在PyGame、AirSim和AI2-THOR等仿真器中进行评估外,本文设计与实现了与机器人无关、与环境无关的三维通用物体搜索系统,并将其部署于Boston Dynamics Spot机器人、Kinova MOVO机器人和Universal Robots UR5e机械臂上,在不同环境执行物体搜索任务。该系统可使Spot机器人在厨房区域一分钟内找到隐藏沙发下的玩具猫。本文同时广泛综述了物体搜索文献,提出物体搜索问题设置、方法与系统的分类体系。

0
下载
关闭预览

相关内容

机器人(英语:Robot)包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械(如机器狗,机器猫等)。狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议,有些电脑程序甚至也被称为机器人。在当代工业中,机器人指能自动运行任务的人造机器设备,用以取代或协助人类工作,一般会是机电设备,由计算机程序或是电子电路控制。

知识荟萃

精品入门和进阶教程、论文和代码整理等

更多

查看相关VIP内容、论文、资讯等
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年9月24日
【推荐】深度学习目标检测概览
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月1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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月20日
VIP会员
最新内容
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
1+阅读 · 今天6:18
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
2+阅读 · 今天5:54
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
2+阅读 · 今天3:42
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
3+阅读 · 6月24日
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
7+阅读 · 6月24日
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
5+阅读 · 6月24日
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
7+阅读 · 6月24日
军事欺骗:供作战战术指挥官使用的工具
专知会员服务
5+阅读 · 6月24日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年9月24日
【推荐】深度学习目标检测概览
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月1日
相关基金
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员