The capability of a mobile robot to efficiently and safely perform complex missions is limited by its knowledge of the environment, namely the situation. Advanced reasoning, decision-making, and execution skills enable an intelligent agent to act autonomously in unknown environments. Situational Awareness (SA) is a fundamental capability of humans that has been deeply studied in various fields, such as psychology, military, aerospace, and education. Nevertheless, it has yet to be considered in robotics, which has focused on single compartmentalized concepts such as sensing, spatial perception, sensor fusion, state estimation, and Simultaneous Localization and Mapping (SLAM). Hence, the present research aims to connect the broad multidisciplinary existing knowledge to pave the way for a complete SA system for mobile robotics that we deem paramount for autonomy. To this aim, we define the principal components to structure a robotic SA and their area of competence. Accordingly, this paper investigates each aspect of SA, surveying the state-of-the-art robotics algorithms that cover them, and discusses their current limitations. Remarkably, essential aspects of SA are still immature since the current algorithmic development restricts their performance to only specific environments. Nevertheless, Artificial Intelligence (AI), particularly Deep Learning (DL), has brought new methods to bridge the gap that maintains these fields apart from the deployment to real-world scenarios. Furthermore, an opportunity has been discovered to interconnect the vastly fragmented space of robotic comprehension algorithms through the mechanism of Situational Graph (S-Graph), a generalization of the well-known scene graph. Therefore, we finally shape our vision for the future of robotic Situational Awareness by discussing interesting recent research directions.


翻译:移动机器人能够高效、安全地执行复杂任务的能力受其对环境,即情境,的了解的限制。先进的推理、决策和执行技能使智能体能够在未知环境中自主行动。情境感知(SA)是人类的一种基本能力,在心理学、军事、航空航天和教育等各个领域得到了广泛研究。然而,在机器人领域中尚未得到考虑,机器人领域一直关注于感知、空间感知、传感器融合、状态估计和同时定位和地图构建(SLAM)等单一分化的概念。因此,本研究旨在连接广泛的跨学科现有知识,为移动机器人的完整SA系统铺平道路,这被认为是实现自主性的至关重要。为此,我们定义了主要组成部分来构建一个机器人SA及其能力范围。因此,本文研究了SA的每个方面,调查了覆盖它们的最先进的机器人算法,并讨论了它们当前的限制。值得注意的是,SA的某些关键方面仍然不成熟,因为当前的算法开发限制了它们的性能只适用于特定环境。然而,人工智能(AI),特别是深度学习(DL),带来了新的方法,以弥合这些领域与实际场景部署之间的差距。此外,我们发现通过情境图(S-Graph)的机制,可以将机器人理解算法的广泛碎片化空间相互连接。因此,我们最后讨论了我们对未来机器人情境感知的愿景,并介绍了有趣的最新研究方向。

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