Traffic light detection and V2I communications of an autonomous vehicle with the traffic light for an effective intersection navigation using MAVS simulation

Intersection Navigation plays a significant role in autonomous vehicle operation. This paper focuses on enhancing autonomous vehicle intersection navigation through advanced computer vision and Vehicle-to-Infrastructure (V2I) communication systems. The research unfolds in two phases. In the first phase, an approach utilizing YOLOv8s is proposed for precise traffic light detection and recognition, trained on the Small-Scale Traffic Light Dataset (S2TLD). The second phase establishes seamless connectivity between autonomous vehicles and traffic lights in a simulated Mississippi State University Autonomous Vehicle Simulation (MAVS) environment resembling a small city with multiple intersections. This V2I system enables the transmission of Signal Phase and Timing (SPaT) messages to vehicles, providing information on current traffic light phases and time until the next phase change which enables the vehicles to adjust their speed and behavior in real-time. The simulation demonstrates accurate traffic light detection, with vehicles receiving SPaT messages, showcasing the system’s effectiveness in a multi-intersection scenario

NeBula: TEAM CoSTAR’s robotic autonomy solution that won phase II of DARPA subterranean challenge

This paper presents and discusses algorithms, hardware, and software architecture developed by the TEAM CoSTAR (Collaborative SubTerranean Autonomous Robots), competing in the DARPA Subterranean Challenge. Specifically, it presents the techniques utilized within the Tunnel (2019) and Urban (2020) competitions, where CoSTAR achieved second and first place, respectively. We also discuss CoSTAR’s demonstrations in Martian-analog surface and subsurface (lava tubes) exploration. The paper introduces our autonomy solution, referred to as NeBula (Networked Belief-aware Perceptual Autonomy). NeBula is an uncertainty-aware framework that aims at enabling resilient and modular autonomy solutions by performing reasoning and decision making in the belief space (space of probability distributions over the robot and world states). We discuss various components of the NeBula framework, including (i) geometric and semantic environment mapping, (ii) a multi-modal positioning system, (iii) traversability analysis and local planning, (iv) global motion planning and exploration behavior, (v) risk-aware mission planning, (vi) networking and decentralized reasoning, and (vii) learning-enabled adaptation. We discuss the performance of NeBula on several robot types (e.g., wheeled, legged, flying), in various environments. We discuss the specific results and lessons learned from fielding this solution in the challenging courses of the DARPA Subterranean Challenge competition.Peer ReviewedAgha, A., Otsu, K., Morrell, B., Fan, D. D., Thakker, R., Santamaria-Navarro, A., Kim, S.-K., Bouman, A., Lei, X., Edlund, J., Ginting, M. F., Ebadi, K., Anderson, M., Pailevanian, T., Terry, E., Wolf, M., Tagliabue, A., Vaquero, T. S., Palieri, M., Tepsuporn, S., Chang, Y., Kalantari, A., Chavez, F., Lopez, B., Funabiki, N., Miles, G., Touma, T., Buscicchio, A., Tordesillas, J., Alatur, N., Nash, J., Walsh, W., Jung, S., Lee, H., Kanellakis, C., Mayo, J., Harper, S., Kaufmann, M., Dixit, A., Correa, G. J., Lee, C., Gao, J., Merewether, G., Maldonado-Contreras, J., Salhotra, G., Da Silva, M. S., Ramtoula, B., Fakoorian, S., Hatteland, A., Kim, T., Bartlett, T., Stephens, A., Kim, L., Bergh, C., Heiden, E., Lew, T., Cauligi, A., Heywood, T., Kramer, A., Leopold, H. A., Melikyan, H., Choi, H. C., Daftry, S., Toupet, O., Wee, I., Thakur, A., Feras, M., Beltrame, G., Nikolakopoulos, G., Shim, D., Carlone, L., & Burdick, JPostprint (published version

NeBula: Team CoSTAR's robotic autonomy solution that won phase II of DARPA Subterranean Challenge

This paper presents and discusses algorithms, hardware, and software architecture developed by the TEAM CoSTAR (Collaborative SubTerranean Autonomous Robots), competing in the DARPA Subterranean Challenge. Specifically, it presents the techniques utilized within the Tunnel (2019) and Urban (2020) competitions, where CoSTAR achieved second and first place, respectively. We also discuss CoSTAR¿s demonstrations in Martian-analog surface and subsurface (lava tubes) exploration. The paper introduces our autonomy solution, referred to as NeBula (Networked Belief-aware Perceptual Autonomy). NeBula is an uncertainty-aware framework that aims at enabling resilient and modular autonomy solutions by performing reasoning and decision making in the belief space (space of probability distributions over the robot and world states). We discuss various components of the NeBula framework, including (i) geometric and semantic environment mapping, (ii) a multi-modal positioning system, (iii) traversability analysis and local planning, (iv) global motion planning and exploration behavior, (v) risk-aware mission planning, (vi) networking and decentralized reasoning, and (vii) learning-enabled adaptation. We discuss the performance of NeBula on several robot types (e.g., wheeled, legged, flying), in various environments. We discuss the specific results and lessons learned from fielding this solution in the challenging courses of the DARPA Subterranean Challenge competition.The work is partially supported by the Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, under a contract with the National Aeronautics and Space Administration (80NM0018D0004), and Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA)

Smart hierarchical WiFi localization system for indoors

Premio Extraordinario de Doctorado de la UAH en el año académico 2013-2014En los últimos años, el número de aplicaciones para smartphones y tablets ha crecido rápidamente. Muchas de estas aplicaciones hacen uso de las capacidades de localización de estos dispositivos. Para poder proporcionar su localización, es necesario identificar la posición del usuario de forma robusta y en tiempo real. Tradicionalmente, esta localización se ha realizado mediante el uso del GPS que proporciona posicionamiento preciso en exteriores. Desafortunadamente, su baja precisión en interiores imposibilita su uso. Para proporcionar localización en interiores se utilizan diferentes tecnologías. Entre ellas, la tecnología WiFi es una de las más usadas debido a sus importantes ventajas tales como la disponibilidad de puntos de acceso WiFi en la mayoría de edificios y que medir la señal WiFi no tiene coste, incluso en redes privadas. Desafortunadamente, también tiene algunas desventajas, ya que en interiores la señal es altamente dependiente de la estructura del edificio por lo que aparecen otros efectos no deseados, como el efecto multicamino o las variaciones de pequeña escala. Además, las redes WiFi están instaladas para maximizar la conectividad sin tener en cuenta su posible uso para localización, por lo que los entornos suelen estar altamente poblados de puntos de acceso, aumentando las interferencias co-canal, que causan variaciones en el nivel de señal recibido. El objetivo de esta tesis es la localización de dispositivos móviles en interiores utilizando como única información el nivel de señal recibido de los puntos de acceso existentes en el entorno. La meta final es desarrollar un sistema de localización WiFi para dispositivos móviles, que pueda ser utilizado en cualquier entorno y por cualquier dispositivo, en tiempo real. Para alcanzar este objetivo, se propone un sistema de localización jerárquico basado en clasificadores borrosos que realizará la localización en entornos descritos topológicamente. Este sistema proporcionará una localización robusta en diferentes escenarios, prestando especial atención a los entornos grandes. Para ello, el sistema diseñado crea una partición jerárquica del entorno usando K-Means. Después, el sistema de localización se entrena utilizando diferentes algoritmos de clasificación supervisada para localizar las nuevas medidas WiFi. Finalmente, se ha diseñado un sistema probabilístico para seguir la posición del dispositivo en movimiento utilizando un filtro Bayesiano. Este sistema se ha probado en un entorno real, con varias plantas, obteniendo un error medio total por debajo de los 3 metros

Laser-Based Detection and Tracking of Moving Obstacles to Improve Perception of Unmanned Ground Vehicles

El objetivo de esta tesis es desarrollar un sistema que mejore la etapa de percepción de vehículos terrestres no tripulados (UGVs) heterogéneos, consiguiendo con ello una navegación robusta en términos de seguridad y ahorro energético en diferentes entornos reales, tanto interiores como exteriores. La percepción debe tratar con obstáculos estáticos y dinámicos empleando sensores heterogéneos, tales como, odometría, sensor de distancia láser (LIDAR), unidad de medida inercial (IMU) y sistema de posicionamiento global (GPS), para obtener la información del entorno con la precisión más alta, permitiendo mejorar las etapas de planificación y evitación de obstáculos. Para conseguir este objetivo, se propone una etapa de mapeado de obstáculos dinámicos (DOMap) que contiene la información de los obstáculos estáticos y dinámicos. La propuesta se basa en una extensión del filtro de ocupación bayesiana (BOF) incluyendo velocidades no discretizadas. La detección de velocidades se obtiene con Flujo Óptico sobre una rejilla de medidas LIDAR discretizadas. Además, se gestionan las oclusiones entre obstáculos y se añade una etapa de seguimiento multi-hipótesis, mejorando la robustez de la propuesta (iDOMap). La propuesta ha sido probada en entornos simulados y reales con diferentes plataformas robóticas, incluyendo plataformas comerciales y la plataforma (PROPINA) desarrollada en esta tesis para mejorar la colaboración entre equipos de humanos y robots dentro del proyecto ABSYNTHE. Finalmente, se han propuesto métodos para calibrar la posición del LIDAR y mejorar la odometría con una IMU

Past, Present, and Future of Simultaneous Localization And Mapping: Towards the Robust-Perception Age

Simultaneous Localization and Mapping (SLAM)consists in the concurrent construction of a model of the environment (the map), and the estimation of the state of the robot moving within it. The SLAM community has made astonishing progress over the last 30 years, enabling large-scale real-world applications, and witnessing a steady transition of this technology to industry. We survey the current state of SLAM. We start by presenting what is now the de-facto standard formulation for SLAM. We then review related work, covering a broad set of topics including robustness and scalability in long-term mapping, metric and semantic representations for mapping, theoretical performance guarantees, active SLAM and exploration, and other new frontiers. This paper simultaneously serves as a position paper and tutorial to those who are users of SLAM. By looking at the published research with a critical eye, we delineate open challenges and new research issues, that still deserve careful scientific investigation. The paper also contains the authors' take on two questions that often animate discussions during robotics conferences: Do robots need SLAM? and Is SLAM solved

Active SLAM: A Review On Last Decade

This article presents a comprehensive review of the Active Simultaneous Localization and Mapping (A-SLAM) research conducted over the past decade. It explores the formulation, applications, and methodologies employed in A-SLAM, particularly in trajectory generation and control-action selection, drawing on concepts from Information Theory (IT) and the Theory of Optimal Experimental Design (TOED). This review includes both qualitative and quantitative analyses of various approaches, deployment scenarios, configurations, path-planning methods, and utility functions within A-SLAM research. Furthermore, this article introduces a novel analysis of Active Collaborative SLAM (AC-SLAM), focusing on collaborative aspects within SLAM systems. It includes a thorough examination of collaborative parameters and approaches, supported by both qualitative and statistical assessments. This study also identifies limitations in the existing literature and suggests potential avenues for future research. This survey serves as a valuable resource for researchers seeking insights into A-SLAM methods and techniques, offering a current overview of A-SLAM formulation.Comment: 34 pages, 8 figures, 6 table