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Introspective Perception for Long-term Aerial Telemanipulation with Virtual Reality

Lee, Jongseok und Balachandran, Ribin und Kondak, Konstantin und Coelho, Andre und De Stefano, Marco und Humt, Matthias und Feng, Jianxiang und Asfour, Tamim und Triebel, Rudolph (2024) Introspective Perception for Long-term Aerial Telemanipulation with Virtual Reality. IEEE Transactions on Field Robotics, 1, Seiten 360-393. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TFR.2024.3494719. ISSN 2997-1101.

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Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/10755951

Kurzfassung

This article presents a novel telemanipulation system to advance aerial manipulation in dynamic and unstructured environments. The proposed system features not only a haptic device, but also a virtual reality (VR) interface that provides real-time 3-D displays of the robot's workspace, as well as a haptic guidance to its remotely located operator. To realize this, multiple sensors, namely, a LiDAR, cameras, and inertial measurement units (IMUs) are utilized. For processing the acquired sensory data, pose estimation pipelines are devised for industrial objects of known and unknown geometries. We further propose an active learning (AL) pipeline in order to increase the sample efficiency of a pipeline component that relies on deep neural networks (DNNs)-based object detection. All of these algorithms jointly address various challenges encountered during the execution of perception tasks in industrial scenarios. In the experiments, exhaustive ablation studies are provided to validate the proposed pipelines. Methodologically, these results commonly suggest how an awareness of the algorithms' own failures and uncertainty ("introspection") can be used to tackle the encountered problems. In addition, outdoor experiments are conducted to evaluate the effectiveness of the overall system in enhancing aerial manipulation capabilities. In particular, with flight campaigns over days and nights, from spring to winter, and with different users and locations, we demonstrate more than 70 robust executions of pick-and-place, force application, and peg-in-hole tasks with the DLR cable-suspended aerial manipulator (SAM). As a result, we show the viability of the proposed system in future industrial applications. The project website can be accessed at https://sites.google.com/view/vr-sam/ .

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/210926/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Introspective Perception for Long-term Aerial Telemanipulation with Virtual Reality
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lee, JongseokJongseok.Lee (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0960-0809NICHT SPEZIFIZIERT
Balachandran, Ribinribin.balachandran (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7560-471XNICHT SPEZIFIZIERT
Kondak, KonstantinKonstantin.Kondak (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Coelho, Andreandre.coelho (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0917-5574NICHT SPEZIFIZIERT
De Stefano, MarcoMarco.deStefano (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Humt, MatthiasMatthias.Humt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1523-9335NICHT SPEZIFIZIERT
Feng, JianxiangJianxiang.Feng (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Asfour, TamimInstitute for Anthropomatics and RoboticsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Triebel, RudolphRudolph.Triebel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:18 November 2024
Erschienen in:IEEE Transactions on Field Robotics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Band:1
DOI:10.1109/TFR.2024.3494719
Seitenbereich:Seiten 360-393
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:2997-1101
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Introspection ; Aerial Manipulation ; Field Robotics; Perception
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Erklärbare Robotische KI, R - Synergieprojekt Sichere KI für autonome Systeme [RO]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Perzeption und Kognition
Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Analyse und Regelung komplexer Robotersysteme
Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Mechatronische Systeme
Hinterlegt von: Lee, Jongseok
Hinterlegt am:18 Dez 2024 16:16
Letzte Änderung:19 Dez 2024 13:22

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