Supervisors: Prof. Richard M. Murray and Dr. Catharine L. - - PowerPoint PPT Presentation

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Improved State Es/ma/on of a Resilient Spacecra6 Execu/ve Riashat Islam, University College London Supervisors: Prof. Richard M. Murray and Dr.

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¡ ¡ ¡

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 ¡

¡

20th ¡August ¡2015 ¡

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SLIDE 2

¡ ¡ ¡ ¡Autonomous ¡vehicles ¡for ¡space ¡explora/on ¡

3 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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SLIDE 3

Outline ¡

  • Background ¡ ¡

¡

  • Objec0ves ¡

¡

  • Experimental ¡framework ¡

¡

  • Results ¡

¡

  • Discussion ¡

¡

  • Future ¡work ¡

4 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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SLIDE 4

Outline ¡

  • Background ¡ ¡

¡

  • Objec0ves ¡

¡

  • Experimental ¡framework ¡

¡

  • Results ¡

¡

  • Discussion ¡

¡

  • Future ¡work ¡

5 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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SLIDE 5

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 ¡

6 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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SLIDE 6

McGhan, ¡Murray ¡et ¡al., ¡2015 ¡

7 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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SLIDE 7

Outline ¡

  • Background ¡ ¡

¡

  • Objec0ves ¡

¡

  • Experimental ¡framework ¡

¡

  • Results ¡

¡

  • Discussion ¡

¡

  • Future ¡work ¡

8 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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SLIDE 8

Objec/ves ¡

Real-­‑0me ¡mapping ¡and ¡localiza0on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Obstacle ¡avoidance ¡algorithm ¡

Zaman, ¡Slany ¡et ¡al., ¡2011 ¡

9 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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SLIDE 9

Outline ¡

  • Background ¡ ¡

¡

  • Objec0ves ¡

¡

  • Experimental ¡framework ¡

¡

  • Results ¡

¡

  • Discussion ¡

¡

  • Future ¡work ¡

10 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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SLIDE 10

¡ Experimental ¡framework ¡

  • Resilient ¡SoZware ¡Architecture ¡(RSE) ¡

¡

  • TurtleBot ¡robot ¡and ¡simula0on ¡on ¡Gazebo1 ¡

¡

  • Robot ¡Opera0ng ¡System ¡(ROS) ¡

¡

  • Hokuyo ¡laser ¡sensor2 ¡

¡

  • GMapping ¡for ¡laser-­‑based ¡Simultaneous ¡Localiza0on ¡and ¡Mapping ¡
  • Obstacle ¡avoidance ¡and ¡path ¡planning ¡ ¡

11 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

1 ¡ 2 ¡

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SLIDE 11

Experimental ¡framework ¡ ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Gazebo ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡RViz ¡

12 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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SLIDE 12

Outline ¡

  • Background ¡ ¡

¡

  • Objec0ves ¡

¡

  • Experimental ¡framework ¡

¡

  • Results ¡

¡

  • Discussion ¡

¡

  • Future ¡work ¡

13 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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SLIDE 13

Real-­‑/me ¡dynamic ¡mapping ¡ ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Map ¡of ¡12 ¡Steele ¡Lab ¡– ¡TurtleBot ¡hardware ¡with ¡Hokuyo ¡sensor ¡without ¡overhead ¡tracking ¡

14 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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Demo: ¡Real-­‑/me ¡dynamic ¡mapping ¡

15 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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SLIDE 15

Autonomous ¡naviga/on ¡with ¡environment ¡map ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Map ¡of ¡12 ¡Steele ¡Lab ¡– ¡TurtleBot ¡hardware ¡with ¡Hokuyo ¡sensor ¡without ¡overhead ¡tracking ¡

16 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Green ¡path ¡showing ¡naviga0on ¡path ¡from ¡ini0al ¡pose ¡es0mate ¡to ¡the ¡goal ¡state ¡

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Demo: ¡Autonomous ¡naviga/on ¡with ¡environment ¡map ¡

17 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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Local ¡path ¡planning ¡and ¡obstacle ¡avoidance ¡– ¡Bug2 ¡algorithm ¡

Howie ¡Choset ¡et ¡al., ¡2010 ¡ ¡

18 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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Path ¡planning ¡algorithm ¡

¡

Howie ¡Choset ¡et ¡al., ¡2010 ¡ ¡

19 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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Obstacle ¡avoidance ¡algorithm ¡

¡

20 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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SLIDE 20

Outline ¡

  • Background ¡ ¡

¡

  • Objec0ves ¡

¡

  • Experimental ¡framework ¡

¡

  • Results ¡

¡

  • Discussion ¡

¡

  • Future ¡work ¡

21 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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SLIDE 21

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 ¡

¡

22 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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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 ¡

¡

23 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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SLIDE 23

Outline ¡

  • Background ¡ ¡

¡

  • Objec0ves ¡

¡

  • Experimental ¡framework ¡

¡

  • Results ¡

¡

  • Discussion ¡

¡

  • Future ¡work ¡

24 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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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 ¡

¡

25 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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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 ¡

26 ¡ Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡

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Thank ¡You ¡ ¡ ¡ Ques/ons…? ¡

Improved ¡State ¡Es0ma0on ¡ 27 ¡ Riashat ¡Islam ¡(riislam@caltech.edu) ¡