RI: Small: Collaborative Research: Extracting Dynamics from Limited Data for Modeling and Control of Unmanned Autonomous Systems
RI: Small: Collaborative Research: Extracting Dynamics from Limited Data for Modeling and Control of Unmanned Autonomous Systems
批准号:
1910087
负责人:
Konstantinos Karydis
金额:
$27.0万
依托单位国家:
美国
项目类别:
Standard Grant
财政年份:
2019
资助国家:
美国
项目状态:
已结题
起止时间:
2019-08-01 至 2023-07-31
中文摘要
自主机器人可以为许多现实世界的应用做出贡献,例如紧急响应和搜救。然而,对于一些应用来说,部署大型机器人的成本可能太高,小型机器人是首选。这种小型机器人的一个共同问题是在存在不确定性的情况下可靠导航。目前的机器人建模和控制方法不能捕捉到小尺度不确定性的影响所带来的复杂性。此外,较小的尺寸限制了传感器和计算有效载荷,从而限制了机器人的感知和控制能力。这个项目引入了一个数据驱动的建模框架,通过控制小型机器人的可靠导航来量化和利用不确定性。该项目使本科生能够参与研究,并利用加州大学河滨分校的学生多样性,这是一家为拉美裔服务的机构,以扩大代表不足的群体的参与。本项目研究机器人-环境相互作用中的不确定性影响机器人行为的机制。小型机器人的运动更具随机性,因为执行器的误差和与环境的不确定相互作用会放大姿态误差。其目标是引入一个平台无关的、数据驱动的建模框架来量化不确定性,并随后通过控制来利用它来实现不确定情况下的可靠机器人导航。其具体目标是:1)利用有限的数据提取动态特性,用于不确定系统的建模;2)基于导出的降阶模型综合不确定性感知的基于模型的控制器;3)用空中、地面和海洋机器人测试和验证理论分析和导出的模型和控制算法。谱方法被用来提取时空动力学和量化不确定性。一种模型参考自适应控制方案利用提取的动力学和不确定性来实现可靠的机器人导航。虽然这项研究中制定的基本原则是基于小型机器人的,但该项目的发现可能会推广到感知有限和噪音驱动的大型机器人。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
英文摘要
Autonomous robots can contribute to many real-world applications, such as emergency response and search-and-rescue. For some applications, however, the cost of deploying large robots may be too high, and small robots are preferred. A common issue with such small robots is navigating reliably in the presence of uncertainty. Current robot modeling and control approaches cannot capture the intricacies imposed by the effect of uncertainty at small scales. In addition, the small size restricts sensor and computational payloads, which limit the robot's perceptual and control capabilities. This project introduces a data-driven modeling framework to quantify and exploit uncertainty via control for reliable navigation of small robots. The project enables undergraduate students to become involved in research, and capitalizes on the student diversity at UC Riverside, a Hispanic-serving Institution, to broaden participation of under-represented groups. This project investigates the mechanisms that uncertainties in robot-environment interactions affect robot behavior. Small robot motion is more stochastic since errors at the actuators and uncertain interactions with the environment amplify errors in pose. The goal is to introduce a platform-agnostic, data-driven modeling framework to quantify uncertainty and subsequently exploit it via control for reliable robot navigation under uncertainty. The specific aims are to: 1) extract dynamics using limited data for modeling uncertain systems; 2) synthesize uncertainty-aware model-based controllers based on derived reduced-order models; and 3) test and validate theoretical analysis and derived models and control algorithms with aerial, ground, and marine robots. Spectral methods are used to extract spatio-temporal dynamics and to quantify uncertainty. A model-reference adaptive control scheme utilizes extracted dynamics and uncertainty for reliable robot navigation. While the basic principles developed in this research are grounded on small robots, this project's findings may generalize to larger robots with limited sensing and noisy actuation.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.
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DOI:
10.1109/lra.2021.3133001
发表时间:
2021-11
期刊:
IEEE Robotics and Automation Letters
影响因子:
5.2
作者:
[Lu Shi;Konstantinos Karydis]
通讯作者:
Lu Shi;Konstantinos Karydis
Position Control and Variable-Height Trajectory Tracking of a Soft Pneumatic Legged Robot
软体气动腿机器人的位置控制和可变高度轨迹跟踪
DOI:
10.1109/iros51168.2021.9635966
发表时间:
2021
期刊:
2021 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS
影响因子:
--
作者:
[Liu, Zhichao, Karydis, Konstantinos]
通讯作者:
Karydis, Konstantinos
Optimal Steering of Stochastic Mobile Robots that Undergo Collisions with their Environment
与环境发生碰撞的随机移动机器人的最优转向
DOI:
10.1109/robio49542.2019.8961434
发表时间:
2019
期刊:
Optimal Steering of Stochastic Mobile Robots that Undergo Collisions with their Environment
影响因子:
--
作者:
[Lu, Zhouyu, Karydis, Konstantinos]
通讯作者:
Karydis, Konstantinos
DOI:
10.1109/tmech.2023.3277811
发表时间:
2023-06-19
期刊:
IEEE-ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS
影响因子:
6.4
作者:
[Liu,Zhichao, Lu,Zhouyu, Karydis,Konstantinos]
通讯作者:
Karydis,Konstantinos
Dynamic Modeling and Analysis of Impact-resilient MAVs Undergoing High-speed and Large-angle Collisions with the Environment
与环境高速大角度碰撞的抗冲击微型飞行器的动态建模与分析
DOI:
--
发表时间:
2023
期刊:
2023 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS
影响因子:
--
作者:
[Liu, Z., Karydis, K.]
通讯作者:
Karydis, K.
共 14 条
FW-HTF-RL/Collaborative Research: Elevating Farm Worker-Robot Collaborations in Agri-Food Ecosystems
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批准号:2326309
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$100.77万
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财政年份:2023
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负责人:Konstantinos Karydis
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依托单位:
CAREER: Morphological Computation for Resilient Dynamic Locomotion of Compliant Legged Robots with Application to Precision Agriculture
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批准号:2046270
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$57.21万
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财政年份:2021
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负责人:Konstantinos Karydis
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依托单位:
NRI: Integrated Soft Wearable Robotics Technology to Assist Arm Movement of Infants with Physical Impairments
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批准号:2133084
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项目类别:Continuing Grant
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资助金额:$150.0万
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财政年份:2021
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负责人:Konstantinos Karydis
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依托单位:
Group Travel Award for 2017 Workshop on Learning Perception and Control for Autonomous Flight: Safety, Memory, and Efficiency
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批准号:1743262
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$1.2万
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财政年份:2017
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负责人:Konstantinos Karydis
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依托单位:
国内基金
海外基金
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昼夜节律性small RNA在血斑形成时间推断中的法医学应用研究
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2024
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负责人:
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依托单位:
tRNA-derived small RNA上调YBX1/CCL5通路参与硼替佐米诱导慢性疼痛的机制研究
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2022
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负责人:张祥忠
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依托单位:
Small RNA调控I-F型CRISPR-Cas适应性免疫性的应答及分子机制
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批准号:32000033
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2020
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负责人:林平
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依托单位:
Small RNAs调控解淀粉芽胞杆菌FZB42生防功能的机制研究
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批准号:31972324
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2019
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负责人:高学文
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依托单位:
变异链球菌small RNAs连接LuxS密度感应与生物膜形成的机制研究
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批准号:81900988
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:21.0万元
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批准年份:2019
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负责人:毛梦莹
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依托单位:
肠道细菌关键small RNAs在克罗恩病发生发展中的功能和作用机制
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批准号:31870821
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项目类别:面上项目
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资助金额:56.0万元
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批准年份:2018
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负责人:陈江宁
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依托单位:
基于small RNA 测序技术解析鸽分泌鸽乳的分子机制
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批准号:31802058
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2018
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负责人:麻慧
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依托单位:
Small RNA介导的DNA甲基化调控的水稻草矮病毒致病机制
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批准号:31772128
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2017
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负责人:吴建国
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依托单位:
基于small RNA-seq的针灸治疗桥本甲状腺炎的免疫调控机制研究
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批准号:81704176
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2017
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负责人:赵继梦
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依托单位:
水稻OsSGS3与OsHEN1调控small RNAs合成及其对抗病性的调节
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批准号:91640114
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项目类别:重大研究计划
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资助金额:85.0万元
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批准年份:2016
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负责人:何祖华
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依托单位: