We introduce an information measure, termed clarity, motivated by information entropy, and show that it has intuitive properties relevant to dynamic coverage control and informative path planning. Clarity defines the quality of the information we have about a variable of interest in an environment on a scale of [0, 1], and has useful properties for control and planning such as: (I) clarity lower bounds the expected estimation error of any estimator, and (II) given noisy measurements, clarity monotonically approaches a level q_infty < 1. We establish a connection between coverage controllers and information theory via clarity, suggesting a coverage model that is physically consistent with how information is acquired. Next, we define the notion of perceivability of an environment under a given robotic (or more generally, sensing and control) system, i.e., whether the system has sufficient sensing and actuation capabilities to gather desired information. We show that perceivability relates to the reachability of an augmented system, and derive the corresponding Hamilton-Jacobi-Bellman equations to determine perceivability. In simulations, we demonstrate how clarity is a useful concept for planning trajectories, how perceivability can be determined using reachability analysis, and how a Control Barrier Function (CBF) based controller can dramatically reduce the computational burden.


翻译:我们引入了一种信息测量,称为“清晰度”(clarity),其动机来自信息熵,并展示了它与动态覆盖控制和信息路径规划相关的直觉性属性,清晰度将我们对环境中任意变量的信息质量定义为[0,1]的一个尺度,并具有一些有用的控制和规划属性,例如: (I) 清晰度下界了任何估计量的预期估计误差; (II) 在给定噪声测量的情况下,清晰度单调递增趋向于某一水平q_infty <1。 我们通过清晰度建立了覆盖控制器和信息理论之间的关系,并提出一个覆盖模型,与获取信息的物理机制相一致。接下来,我们定义了在给定机器人(或更一般的传感与控制)系统下一个环境的可感知性,即系统是否具有足够的感知和控制能力来收集所需的信息。我们展示了可感知性与扩充系统可达性之间的联系,并导出相应的Hamilton-Jacobi-Bellman方程来确定可感知性。在仿真实验中,我们演示了清晰度是轨迹规划的有用概念,如何使用可达性分析来确定可感知性,以及如何使用基于控制屏障函数的控制器大大减少计算负担。

0
下载
关闭预览

相关内容

【2023新书】使用Python进行统计和数据可视化,554页pdf
专知会员服务
126+阅读 · 2023年1月29日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
78+阅读 · 2020年7月26日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
【泡泡一分钟】基于运动估计的激光雷达和相机标定方法
泡泡机器人SLAM
25+阅读 · 2019年1月17日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
【泡泡一分钟】学习紧密的几何特征(ICCV2017-17)
泡泡机器人SLAM
20+阅读 · 2018年5月8日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月22日
VIP会员
相关VIP内容
【2023新书】使用Python进行统计和数据可视化,554页pdf
专知会员服务
126+阅读 · 2023年1月29日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
78+阅读 · 2020年7月26日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员