¡ ¡ ¡ Improved ¡State ¡Es/ma/on ¡of ¡a ¡Resilient ¡ Spacecra6 ¡Execu/ve ¡ ¡ Riashat ¡Islam, ¡University ¡College ¡London ¡ ¡ Supervisors: ¡Prof. ¡Richard ¡M. ¡Murray ¡and ¡Dr. ¡Catharine ¡L. ¡R. ¡McGhan ¡ Caltech, ¡Control ¡and ¡Dynamical ¡Systems ¡Group ¡ ¡ 20 th ¡August ¡2015 ¡
¡ ¡ ¡ ¡Autonomous ¡vehicles ¡for ¡space ¡explora/on ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 3 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Outline ¡ • Background ¡ ¡ ¡ • Objec0ves ¡ ¡ • Experimental ¡framework ¡ ¡ • Results ¡ ¡ • Discussion ¡ ¡ • Future ¡work ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 4 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Outline ¡ • Background ¡ ¡ ¡ • Objec0ves ¡ ¡ • Experimental ¡framework ¡ ¡ • Results ¡ ¡ • Discussion ¡ ¡ • Future ¡work ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 5 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Risk-‑aware ¡Resilient ¡Spacecra6 ¡Execu/ve ¡ ¡ ¡ • Navigate ¡environment ¡with ¡resilience ¡ ¡ • Handle ¡uncertainty ¡in ¡unknown ¡hazardous ¡environments ¡ ¡ • Observe ¡environment ¡and ¡make ¡risk-‑aware ¡decisions ¡ ¡ • Adapt ¡to ¡its ¡own ¡component ¡failures ¡ McGhan, ¡Murray ¡et ¡al., ¡2015 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 6 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
McGhan, ¡Murray ¡et ¡al., ¡2015 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 7 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Outline ¡ • Background ¡ ¡ ¡ • Objec0ves ¡ ¡ • Experimental ¡framework ¡ ¡ • Results ¡ ¡ • Discussion ¡ ¡ • Future ¡work ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 8 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Objec/ves ¡ Real-‑0me ¡mapping ¡and ¡localiza0on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Obstacle ¡avoidance ¡algorithm ¡ Zaman, ¡Slany ¡et ¡al., ¡2011 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 9 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Outline ¡ • Background ¡ ¡ ¡ • Objec0ves ¡ ¡ • Experimental ¡framework ¡ ¡ • Results ¡ ¡ • Discussion ¡ ¡ • Future ¡work ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 10 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
¡ Experimental ¡framework ¡ • Resilient ¡SoZware ¡Architecture ¡(RSE) ¡ ¡ • TurtleBot ¡robot ¡and ¡simula0on ¡on ¡Gazebo 1 ¡ 1 ¡ ¡ • Robot ¡Opera0ng ¡System ¡(ROS) ¡ ¡ • Hokuyo ¡laser ¡sensor 2 ¡ 2 ¡ ¡ • GMapping ¡for ¡laser-‑based ¡Simultaneous ¡Localiza0on ¡and ¡Mapping ¡ • Obstacle ¡avoidance ¡and ¡path ¡planning ¡ ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 11 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Experimental ¡framework ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Gazebo ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡RViz ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 12 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Outline ¡ • Background ¡ ¡ ¡ • Objec0ves ¡ ¡ • Experimental ¡framework ¡ ¡ • Results ¡ ¡ • Discussion ¡ ¡ • Future ¡work ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 13 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Real-‑/me ¡dynamic ¡mapping ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Map ¡of ¡12 ¡Steele ¡Lab ¡– ¡TurtleBot ¡hardware ¡with ¡Hokuyo ¡sensor ¡without ¡overhead ¡tracking ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 14 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Demo: ¡Real-‑/me ¡dynamic ¡mapping ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 15 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Autonomous ¡naviga/on ¡with ¡environment ¡map ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Map ¡of ¡12 ¡Steele ¡Lab ¡– ¡TurtleBot ¡hardware ¡with ¡Hokuyo ¡sensor ¡without ¡overhead ¡tracking ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Green ¡path ¡showing ¡naviga0on ¡path ¡from ¡ini0al ¡pose ¡es0mate ¡to ¡the ¡goal ¡state ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 16 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Demo: ¡Autonomous ¡naviga/on ¡with ¡environment ¡map ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 17 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Local ¡path ¡planning ¡and ¡obstacle ¡avoidance ¡– ¡Bug2 ¡algorithm ¡ Howie ¡Choset ¡et ¡al., ¡2010 ¡ ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 18 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Path ¡planning ¡algorithm ¡ ¡ Howie ¡Choset ¡et ¡al., ¡2010 ¡ ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 19 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Obstacle ¡avoidance ¡algorithm ¡ ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 20 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Outline ¡ • Background ¡ ¡ ¡ • Objec0ves ¡ ¡ • Experimental ¡framework ¡ ¡ • Results ¡ ¡ • Discussion ¡ ¡ • Future ¡work ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 21 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Discussion ¡ • ROS ¡Gmapping ¡compa0bility ¡with ¡TurtleBot ¡and ¡Hokuyo ¡sensor ¡ ¡ • Crea0ng ¡ROS ¡package ¡for ¡integra0on ¡in ¡RSE ¡ ¡ • Dynamic ¡map ¡updates ¡with ¡moving ¡obstacles ¡ ¡ • Real ¡0me ¡map ¡updates ¡with ¡obstacle ¡avoidance ¡algorithm ¡ ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 22 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Summary ¡ • Hokuyo ¡laser ¡scanner ¡for ¡real-‑0me ¡mapping ¡with ¡ROS ¡ ¡ • Integrated ¡mapping ¡capability ¡into ¡RSE ¡architecture ¡ ¡ • Autonomous ¡path ¡naviga0on ¡with ¡generated ¡map ¡ ¡ • Integrated ¡obstacle ¡avoidance ¡algorithm ¡alongside ¡path ¡planner ¡ ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 23 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Outline ¡ • Background ¡ ¡ ¡ • Objec0ves ¡ ¡ • Experimental ¡framework ¡ ¡ • Results ¡ ¡ • Discussion ¡ ¡ • Future ¡work ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 24 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Future ¡work ¡ ¡ ¡ • Hokuyo ¡laser ¡calibra0on ¡and ¡more ¡accurate ¡maps ¡ ¡ ¡ ¡ ¡-‑ ¡ Use ¡overhead ¡tracking ¡system ¡to ¡give ¡be`er ¡state ¡data ¡than ¡odometry ¡ ¡ • Using ¡dynamic ¡map ¡updates ¡to ¡determine ¡robot ¡mo0on ¡ ¡ • Fallback ¡modes ¡of ¡opera0on ¡ • Risk ¡metrics ¡into ¡path ¡planning ¡and ¡obstacle ¡avoidance ¡ ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 25 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Acknowledgements ¡ Professor ¡Richard ¡Murray ¡ ¡ Dr. ¡Catharine ¡McGhan ¡ ¡ Dr. ¡Michel ¡Ingham ¡(JPL) ¡ ¡ Dr. ¡Tara ¡Estlin ¡(JPL) ¡ ¡ Keck ¡Ins0tute ¡for ¡Space ¡Studies ¡for ¡grant ¡in ¡this ¡project ¡ ¡ Caltech ¡SURF ¡program ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 26 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
Thank ¡You ¡ ¡ ¡ Ques/ons…? ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 27 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡
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