小型移動ロボット向け深層学習ベースSLAM技術の開発とそのハードウェア化

基于深度学习的小型移动机器人SLAM技术开发及其硬件实现

基本信息

  • 批准号:
    22KJ2716
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2023-03-08 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

点群レジストレーションは、様々な視点から撮影された点群を貼り合わせる処理を指し、ロボットの自己位置推定と地図構築 (SLAM)、そして自律走行を実現するうえで欠かせない。深層学習の発展により、精度や頑健性に優れた手法が数多く登場しているが、計算量とメモリ消費の増大が課題となっている。ロボット上の計算資源には限りがあるため、処理の軽量化と高効率化がより一層求められる。申請者は本年度、軽量なニューラルネットに基づく手法 (PointNetLK)に着目し、再構成可能デバイス (FPGA)を用いてその高速化を行った。特徴抽出を80倍以上、レジストレーション処理全体を35倍高速化し、組み込みGPU (NVidia Jetson)と比べて2倍のエネルギー効率を実現した。また、初期値に依存しない頑健なレジストレーション手法として、点群特徴抽出によるものが数多く提案されている。これらの手法はSLAMのループ検出処理に用いられ、長時間動作に伴う累積誤差を解消し、精度を保つために必要である。このことから申請者は、最も広く普及している点群特徴量 (FPFH)を対象として、ハードウェア化に向けたアルゴリズムの効率化と、そのFPGA実装を行った。組み込みCPU (ARM Cortex-A53)と比べて処理を4.6倍高速化し、エネルギー効率を3倍改善した。さらに申請者は、障害物を回避しつつ、与えられた始点と終点を結ぶ最短経路を求める経路計画手法の研究を開始した。深層学習ベースの手法であるMPNetに着目し、ニューラルネットの改良と小型化、およびそのFPGA実装を行った。2次元の経路計画問題に関しては、32倍のパラメータ数削減、21倍の高速化を実現し、元の手法と比べて成功率が20%以上改善した。これら3つの結果は、小型移動ロボット上でリアルタイム動作可能なSLAMアプリケーションの実現に繋がる。
Point group mapping, point mapping Deep learning development, precision, robustness, optimization, and more techniques appear, computation, and consumption increase. The computing resources are limited, the processing is quantized, and the efficiency is improved. The applicant is aiming to speed up the application of PointNetLK this year. Feature extraction is more than 80 times faster, and the overall processing speed is 35 times faster. The GPU (NVidia Jetson) is 2 times faster than the GPU. In the initial stage, the method of point cluster feature extraction is proposed. This technique is necessary for the elimination of accumulated errors due to long-term operation and the preservation of accuracy. The most popular of these is the point cluster feature (FPFH). The CPU (ARM Cortex-A53) is 4.6 times faster than the processing speed and 3 times better than the processing speed. The applicant starts the research on the shortest route to avoid obstacles, start the research on the shortest route to finish the research on the shortest route to finish the research. Deep learning techniques include MPNet design, optimization, miniaturization, and FPGA implementation. 2nd dimension road planning problem related to 32 times reduction in the number of vehicles, 21 times the speed of implementation, the original method than the success rate of 20% improvement The result is that small mobile devices can be used to detect the presence of SLAM.

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
An Efficient Accelerator for Deep Learning-based Point Cloud Registration on FPGAs
点群特徴抽出のFPGAによる高速化
使用FPGA加速点云特征提取
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    杉浦 圭祐;小島 瑠斗;松谷 宏紀
  • 通讯作者:
    松谷 宏紀
P3Net: PointNet-based Path Planning on FPGA
深層学習を用いた経路計画手法のFPGAによる高速化
使用 FPGA 的深度学习加速路径规划方法
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    杉浦 圭祐;松谷 宏紀
  • 通讯作者:
    松谷 宏紀
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杉浦 圭祐其他文献

ASTEROID DETECTION APPLICATION “COIAS” FOR THE SUBARU HSC ARCHIVE DATA
用于 SUBARU HSC 存档数据的小行星探测应用程序“COIAS”
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    浦川 聖太郎;杉浦 圭祐;前田 夏穂;大坪 貴文;茂木 遥平;木下 大輔;北里 宏平;関口 朋彦;小池 美知太郎;臼田-佐藤 功美子
  • 通讯作者:
    臼田-佐藤 功美子
ソ連の軍縮外交と検証措置:ストックホルム軍縮会議からINF条約へ、1985-1987年
苏联裁军外交与核查措施:从斯德哥尔摩裁军会议到《中导条约》,1985-1987
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    杉浦 圭祐;松谷 宏紀;堀田主;堀田主
  • 通讯作者:
    堀田主
未発見小惑星検出アプリケーションCOIASの開発
开发未被发现的小行星探测应用 COIAS
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    浦川 聖太郎;杉浦 圭祐;前田 夏穂;大坪 貴文;伊東 健一;木下 大輔;北里 宏平;服部 晃大;関口 朋彦;小池 美知太郎;臼田-佐藤 功美子
  • 通讯作者:
    臼田-佐藤 功美子
プラネタリィディフェンスへ向けた小惑星検出アプリCOIASの開発
开发 COIAS,一种用于行星防御的小行星探测应用程序
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    浦川 聖太郎;杉浦 圭祐;前田 夏穂;大坪 貴文;茂木 遥平;木下 大輔;北里 宏平;服部 晃大;関口 朋彦;小池 美知太郎;臼田-佐藤 功美子
  • 通讯作者:
    臼田-佐藤 功美子
「欧州共通の家」構想の成立:ミハイル・ゴルバチョフとソ連の対ヨーロッパ政策、1984-1987年
“欧洲共同家园”理念的确立:米哈伊尔·戈尔巴乔夫与苏联的欧洲政策,1984-1987
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    杉浦 圭祐;松谷 宏紀;堀田主
  • 通讯作者:
    堀田主

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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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固体微粒子集合体の動力学を扱う連続体的計算法の開発と始原的小天体衝突素過程の解明
开发处理固体颗粒聚集体动力学的连续介质计算方法并阐明与原始小天体碰撞的基本过程
  • 批准号:
    20J01165
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 1.6万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
弾性体力学の高精度衝撃波捕獲粒子的計算法による固体惑星の衝突破壊・合体過程の研究
利用弹性动力学高精度冲击波捕获粒子计算方法研究固体行星碰撞破坏与合并过程
  • 批准号:
    17J01703
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 1.6万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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