3,418 research outputs found

    Advances in Intelligent Robotics and Collaborative Automation

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    This book provides an overview of a series of advanced research lines in robotics as well as of design and development methodologies for intelligent robots and their intelligent components. It represents a selection of extended versions of the best papers presented at the Seventh IEEE International Workshop on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications IDAACS 2013 that were related to these topics. Its contents integrate state of the art computational intelligence based techniques for automatic robot control to novel distributed sensing and data integration methodologies that can be applied to intelligent robotics and automation systems. The objective of the text was to provide an overview of some of the problems in the field of robotic systems and intelligent automation and the approaches and techniques that relevant research groups within this area are employing to try to solve them.The contributions of the different authors have been grouped into four main sections:• Robots• Control and Intelligence• Sensing• Collaborative automationThe chapters have been structured to provide an easy to follow introduction to the topics that are addressed, including the most relevant references, so that anyone interested in this field can get started in the area

    Sensors Fault Diagnosis Trends and Applications

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    Fault diagnosis has always been a concern for industry. In general, diagnosis in complex systems requires the acquisition of information from sensors and the processing and extracting of required features for the classification or identification of faults. Therefore, fault diagnosis of sensors is clearly important as faulty information from a sensor may lead to misleading conclusions about the whole system. As engineering systems grow in size and complexity, it becomes more and more important to diagnose faulty behavior before it can lead to total failure. In the light of above issues, this book is dedicated to trends and applications in modern-sensor fault diagnosis

    Machine Learning in Adversarial Environments

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    Machine Learning, especially Deep Neural Nets (DNNs), has achieved great success in a variety of applications. Unlike classical algorithms that could be formally analyzed, there is less understanding of neural network-based learning algorithms. This lack of understanding through either formal methods or empirical observations results in potential vulnerabilities that could be exploited by adversaries. This also hinders the deployment and adoption of learning methods in security-critical systems. Recent works have demonstrated that DNNs are vulnerable to carefully crafted adversarial perturbations. We refer to data instances with added adversarial perturbations as “adversarial examples”. Such adversarial examples can mislead DNNs to produce adversary-selected results. Furthermore, it can cause a DNN system to misbehavior in unexpected and potentially dangerous ways. In this context, in this thesis, we focus on studying the security problem of current DNNs from the viewpoints of both attack and defense. First, we explore the space of attacks against DNNs during the test time. We revisit the integrity of Lp regime and propose a new and rigorous threat model of adversarial examples. Based on this new threat model, we present the technique to generate adversarial examples in the digital space. Second, we study the physical consequence of adversarial examples in the 3D and physical spaces. We first study the vulnerabilities of various vision systems by simulating the photo0taken process by using the physical renderer. To further explore the physical consequence in the real world, we select the safety-critical application of autonomous driving as the target system and study the vulnerability of the LiDAR-perceptual module. These studies show the potentially severe consequences of adversarial examples and raise awareness on its risks. Last but not least, we develop solutions to defend against adversarial examples. We propose a consistency-check based method to detect adversarial examples by leveraging property of either the learning model or the data. We show two examples in the segmentation task (leveraging learning model) and video data (leveraging the data), respectively.PHDComputer Science & EngineeringUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/162944/1/xiaocw_1.pd

    Measurable Safety of Automated Driving Functions in Commercial Motor Vehicles

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    With the further development of automated driving, the functional performance increases resulting in the need for new and comprehensive testing concepts. This doctoral work aims to enable the transition from quantitative mileage to qualitative test coverage by aggregating the results of both knowledge-based and data-driven test platforms. The validity of the test domain can be extended cost-effectively throughout the software development process to achieve meaningful test termination criteria

    Measurable Safety of Automated Driving Functions in Commercial Motor Vehicles - Technological and Methodical Approaches

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    Fahrerassistenzsysteme sowie automatisiertes Fahren leisten einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der Verkehrssicherheit von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Nutzfahrzeugen. Mit der Weiterentwicklung des automatisierten Fahrens steigt hierbei die funktionale Leistungsfähigkeit, woraus Anforderungen an neue, gesamtheitliche Erprobungskonzepte entstehen. Um die Absicherung höherer Stufen von automatisierten Fahrfunktionen zu garantieren, sind neuartige Verifikations- und Validierungsmethoden erforderlich. Ziel dieser Arbeit ist es, durch die Aggregation von Testergebnissen aus wissensbasierten und datengetriebenen Testplattformen den Übergang von einer quantitativen Kilometerzahl zu einer qualitativen Testabdeckung zu ermöglichen. Die adaptive Testabdeckung zielt somit auf einen Kompromiss zwischen Effizienz- und Effektivitätskriterien für die Absicherung von automatisierten Fahrfunktionen in der Produktentstehung von Nutzfahrzeugen ab. Diese Arbeit umfasst die Konzeption und Implementierung eines modularen Frameworks zur kundenorientierten Absicherung automatisierter Fahrfunktionen mit vertretbarem Aufwand. Ausgehend vom Konfliktmanagement für die Anforderungen der Teststrategie werden hochautomatisierte Testansätze entwickelt. Dementsprechend wird jeder Testansatz mit seinen jeweiligen Testzielen integriert, um die Basis eines kontextgesteuerten Testkonzepts zu realisieren. Die wesentlichen Beiträge dieser Arbeit befassen sich mit vier Schwerpunkten: * Zunächst wird ein Co-Simulationsansatz präsentiert, mit dem sich die Sensoreingänge in einem Hardware-in-the-Loop-Prüfstand mithilfe synthetischer Fahrszenarien simulieren und/ oder stimulieren lassen. Der vorgestellte Aufbau bietet einen phänomenologischen Modellierungsansatz, um einen Kompromiss zwischen der Modellgranularität und dem Rechenaufwand der Echtzeitsimulation zu erreichen. Diese Methode wird für eine modulare Integration von Simulationskomponenten, wie Verkehrssimulation und Fahrdynamik, verwendet, um relevante Phänomene in kritischen Fahrszenarien zu modellieren. * Danach wird ein Messtechnik- und Datenanalysekonzept für die weltweite Absicherung von automatisierten Fahrfunktionen vorgestellt, welches eine Skalierbarkeit zur Aufzeichnung von Fahrzeugsensor- und/ oder Umfeldsensordaten von spezifischen Fahrereignissen einerseits und permanenten Daten zur statistischen Absicherung und Softwareentwicklung andererseits erlaubt. Messdaten aus länderspezifischen Feldversuchen werden aufgezeichnet und zentral in einer Cloud-Datenbank gespeichert. * Anschließend wird ein ontologiebasierter Ansatz zur Integration einer komplementären Wissensquelle aus Feldbeobachtungen in ein Wissensmanagementsystem beschrieben. Die Gruppierung von Aufzeichnungen wird mittels einer ereignisbasierten Zeitreihenanalyse mit hierarchischer Clusterbildung und normalisierter Kreuzkorrelation realisiert. Aus dem extrahierten Cluster und seinem Parameterraum lassen sich die Eintrittswahrscheinlichkeit jedes logischen Szenarios und die Wahrscheinlichkeitsverteilungen der zugehörigen Parameter ableiten. Durch die Korrelationsanalyse von synthetischen und naturalistischen Fahrszenarien wird die anforderungsbasierte Testabdeckung adaptiv und systematisch durch ausführbare Szenario-Spezifikationen erweitert. * Schließlich wird eine prospektive Risikobewertung als invertiertes Konfidenzniveau der messbaren Sicherheit mithilfe von Sensitivitäts- und Zuverlässigkeitsanalysen durchgeführt. Der Versagensbereich kann im Parameterraum identifiziert werden, um die Versagenswahrscheinlichkeit für jedes extrahierte logische Szenario durch verschiedene Stichprobenverfahren, wie beispielsweise die Monte-Carlo-Simulation und Adaptive-Importance-Sampling, vorherzusagen. Dabei führt die geschätzte Wahrscheinlichkeit einer Sicherheitsverletzung für jedes gruppierte logische Szenario zu einer messbaren Sicherheitsvorhersage. Das vorgestellte Framework erlaubt es, die Lücke zwischen wissensbasierten und datengetriebenen Testplattformen zu schließen, um die Wissensbasis für die Abdeckung der Operational Design Domains konsequent zu erweitern. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse den Nutzen und die Herausforderungen des entwickelten Frameworks für messbare Sicherheit durch ein Vertrauensmaß der Risikobewertung. Dies ermöglicht eine kosteneffiziente Erweiterung der Validität der Testdomäne im gesamten Softwareentwicklungsprozess, um die erforderlichen Testabbruchkriterien zu erreichen

    ML-based Fault Injection for Autonomous Vehicles: A Case for Bayesian Fault Injection

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    The safety and resilience of fully autonomous vehicles (AVs) are of significant concern, as exemplified by several headline-making accidents. While AV development today involves verification, validation, and testing, end-to-end assessment of AV systems under accidental faults in realistic driving scenarios has been largely unexplored. This paper presents DriveFI, a machine learning-based fault injection engine, which can mine situations and faults that maximally impact AV safety, as demonstrated on two industry-grade AV technology stacks (from NVIDIA and Baidu). For example, DriveFI found 561 safety-critical faults in less than 4 hours. In comparison, random injection experiments executed over several weeks could not find any safety-critical faultsComment: Accepted at 2019 49th Annual IEEE/IFIP International Conference on Dependable Systems and Network
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