要約
近接センシングは、非接触で物体の存在を検出します。
しかし、粒状材料 (GM) には視覚的かつ複雑な特性が欠けているため、研究では粒状材料 (GM) における近接センシングについて検討することはほとんどありませんでした。
この論文では、3 つの粒状現象 (流動化、ジャミング、および破壊ウェッジ ゾーン) に基づいた粒状材料埋め込み型自律近接センシング システム (GRAINS) を提案します。
GRAINS は、GM の下に埋もれた物体をリアルタイムで (少なくとも約 20 ヘルツ) 自動的に感知し、視覚や触覚を使用せずに 0.5 ～ 7 センチメートル先のさまざまな粒子を認識できます。
一般的な粒状流動化技術にヒントを得て、直線運動と円運動を組み合わせた、GM でかき集めるプローブの新しい螺旋軌道を導入します。
レーキング中にプローブの前の故障ウェッジゾーンで粒状の詰まりが発生したときの力上昇の観察に基づいて、ガウス過程回帰を使用して力のパターンを常に学習および予測し、粒状の詰まりによって生じる力の異常を検出して特定します。
埋設物の近接感知。
最後に、GRAINS をベイジアン最適化アルゴリズムに基づく探索戦略に適用して、接触や掘削を行わずに近接センシングを使用して地下オブジェクトの位置を特定し、その分布の概要を明らかにします。
この研究は、人間の介入なしに異星に居住インフラを構築する際の安全な運用の可能性を秘めた、シンプルかつ信頼性の高い方法を提供します。
要約(オリジナル)
Proximity sensing detects an object’s presence without contact. However, research has rarely explored proximity sensing in granular materials (GM) due to GM’s lack of visual and complex properties. In this paper, we propose a granular-material-embedded autonomous proximity sensing system (GRAINS) based on three granular phenomena (fluidization, jamming, and failure wedge zone). GRAINS can automatically sense buried objects beneath GM in real-time manner (at least ~20 hertz) and perceive them 0.5 ~ 7 centimeters ahead in different granules without the use of vision or touch. We introduce a new spiral trajectory for the probe raking in GM, combining linear and circular motions, inspired by a common granular fluidization technique. Based on the observation of force-raising when granular jamming occurs in the failure wedge zone in front of the probe during its raking, we employ Gaussian process regression to constantly learn and predict the force patterns and detect the force anomaly resulting from granular jamming to identify the proximity sensing of buried objects. Finally, we apply GRAINS to a Bayesian-optimization-algorithm-guided exploration strategy to successfully localize underground objects and outline their distribution using proximity sensing without contact or digging. This work offers a simple yet reliable method with potential for safe operation in building habitation infrastructure on an alien planet without human intervention.
arxiv情報
| 著者 | Zeqing Zhang,Ruixing Jia,Youcan Yan,Ruihua Han,Shijie Lin,Qian Jiang,Liangjun Zhang,Jia Pan |
| 発行日 | 2023-07-12 06:00:14+00:00 |
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