自由飞行机器人的应用范围从娱乐目的到航空航天应用。用于这种系统的控制算法需要基于传感器反馈准确地估计它们的状态。本文的目的是设计和验证一个轻型状态估计算法，用于自由飞行开放运动链，估计其质量中心及其姿势的状态。该研究而不是利用非线性动力学模型，提出了两个卡尔曼滤波器（KF）的级联结构，其依赖于自由落体多体系的弹道运动以及来自惯性测量单元（IMU）和编码器的反馈。在模拟中验证了多种算法，以模拟使用Simulink模拟实际情况。改变了几个不确定的物理参数，结果表明，所提出的估计器在跟踪性能和计算时间方面优于EKF和UKF。

飞行速拉行动对于机器人系统来说可能是一个具有挑战性的任务，因为某些行为要求表演者在空降后在最终捕获另一个梯形或捕手。本文的目的是为双环自由飞行杂技机器人设计和验证运动规划算法，可以在空气中自由飞行后准确降落在另一个血管上。首先，所提出的算法规划了具有非线性约束优化方法的机器人轨迹。然后，实现反馈控制器以稳定姿势。然而，由于不能控制机器人的质量中心的空间位置，所以本文提出了一种操纵机器人姿势的轨迹校正方案，使得机器人仍然能够降落在目标上。最后，在模拟实际情况的模拟中验证了整个算法。

我们为腿部机器人提供了一个开源视觉惯性训练率（VILO）状态估计解决方案Cerberus，该机器人使用一组标准传感器（包括立体声摄像机，IMU，联合编码器，，imu，联合编码器）实时实时估算各个地形的位置和接触传感器。除了估计机器人状态外，我们还执行在线运动学参数校准并接触离群值拒绝以大大减少位置漂移。在各种室内和室外环境中进行的硬件实验验证了Cerberus中的运动学参数可以将估计的漂移降低到长距离高速运动中的1％以下。我们的漂移结果比文献中报道的相同的一组传感器组比任何其他状态估计方法都要好。此外，即使机器人经历了巨大的影响和摄像头遮挡，我们的状态估计器也表现良好。状态估计器的实现以及用于计算我们结果的数据集，可在https://github.com/shuoyangrobotics/cerberus上获得。

姿势估计对于机器人感知，路径计划等很重要。机器人姿势可以在基质谎言组上建模，并且通常通过基于滤波器的方法进行估算。在本文中，我们在存在随机噪声的情况下建立了不变扩展Kalman滤波器（IEKF）的误差公式，并将其应用于视觉辅助惯性导航。我们通过OpenVINS平台上的数值模拟和实验评估我们的算法。在Euroc公共MAV数据集上执行的仿真和实验都表明，我们的算法优于某些基于最先进的滤波器方法，例如基于Quaternion的EKF，首先估计Jacobian EKF等。

最先进的腿机器人可以在其驱动系统的输出处测量扭矩，或者具有透明的驱动系统，从而能够从电动电流计算关节扭矩。无论哪种情况，这种传感器模式很少用于状态估计。在本文中，我们建议使用关节扭矩测量值来估计腿部机器人的质心状态。为此，我们将腿部机器人的全身动力学投射到接触约束的无空间中，从而使动力学的表达独立于接触力。使用受约束的动力学和质心动量矩阵，我们能够直接将关节扭矩和质心态动力学联系起来。使用结果模型作为扩展卡尔曼滤波器（EKF）的过程模型，我们将扭矩测量融合在质心状态估计问题中。通过在具有不同步态的四倍机器人上进行的实际实验，我们证明，与直接计算相比，基于扭矩的EKF的估计质心状态大大改善了这些数量的回收率。

腿部机器人运动是一项艰巨的任务，这是由于无数的子问题，例如脚接触的混合动力学以及所需步态对地形的影响。对浮动基础和脚关节的准确和高效的状态估计可以通过向机器人控制器提供反馈信息来帮助减轻这些问题的许多问题。当前的状态估计方法高度依赖于视觉和惯性测量的结合，以提供实时估计，从而在感知上较差的环境中残障。在这项工作中，我们表明，通过通过因子图公式利用机器人的运动学链模型，我们可以使用主要的特性惯性数据对基础和腿关节进行状态估计。我们使用基于因子图形的框架中的预先集成IMU测量，正向运动计算和接触检测的组合进行状态估计，从而使我们的状态估计值受到机器人模型的约束。模拟和硬件上的实验结果表明，我们的方法平均超过当前的本体感受状态估计方法27％，同时可以推广到各种腿部机器人平台。我们在各种轨迹上定量和定性地展示了我们的结果。

本文提出了一种容忍故障的3D视觉系统，用于自动机器人操作。特别是，使用集成的Kalman滤波器（KF）中的3D视觉数据和闭环配置中的迭代最接近点（ICP）算法来实现空间对象的姿势估计。内部ICP迭代的最初猜测是由卡尔曼申报人的国家估计传播提供的。卡尔曼过滤器不仅能够估计目标状态，还可以估算其惯性参数。这允许目标一旦滤波，目标就可以预测。因此，由于ICP初始化的精度提高，ICP可以在更广泛的速度上保持姿势跟踪。此外，即使传感器暂时失去其信号，估计器即使由于阻塞造成的损失，估计器将目标的动力学模型纳入估计器中。姿势估计方法的功能通过自动化合作和对接的地面测试床证明。在该实验中，Neptec的激光摄像头系统（LCS）用于对连接到操纵器臂的卫星模型进行实时扫描，该卫星模型是根据轨道和态度动力学驱动的。结果表明，只有在Kalman滤波器和ICP处于闭环配置时，才能实现自由浮动翻滚卫星的可靠跟踪。

本文为自动驾驶车辆提供了基于激光雷达的同时定位和映射（SLAM）。研究了来自地标传感器的数据和自适应卡尔曼滤波器（KF）中的带状惯性测量单元（IMU）加上系统的可观察性。除了车辆的状态和具有里程碑意义的位置外，自我调整过滤器还估计IMU校准参数以及测量噪声的协方差。流程噪声，状态过渡矩阵和观察灵敏度矩阵的离散时间协方差矩阵以封闭形式得出，使其适合实时实现。检查3D SLAM系统的可观察性得出的结论是，该系统在地标对准的几何条件下仍然可以观察到。

The performance of inertial navigation systems is largely dependent on the stable flow of external measurements and information to guarantee continuous filter updates and bind the inertial solution drift. Platforms in different operational environments may be prevented at some point from receiving external measurements, thus exposing their navigation solution to drift. Over the years, a wide variety of works have been proposed to overcome this shortcoming, by exploiting knowledge of the system current conditions and turning it into an applicable source of information to update the navigation filter. This paper aims to provide an extensive survey of information aided navigation, broadly classified into direct, indirect, and model aiding. Each approach is described by the notable works that implemented its concept, use cases, relevant state updates, and their corresponding measurement models. By matching the appropriate constraint to a given scenario, one will be able to improve the navigation solution accuracy, compensate for the lost information, and uncover certain internal states, that would otherwise remain unobservable.

释放机将现成的组件与3DPrinting结合在一起，是一种对称的反应轮独轮车，可以从任何初始位置从任何初始位置跳到其车轮上。船轮凭借非独立和散发不足的动力学以及两个耦合的不稳定自由度，为非线性和数据驱动的控制研究提供了一个具有挑战性的平台。本文介绍了车轮的机械和电气设计，其估计和控制算法以及实验在平衡时表明自我的和干扰的拒绝。

理想情况下，机器人应该以最大化关于其内部系统和外部操作环境的状态所获得的知识的方式移动。轨迹设计是一个具有挑战性的问题，从各种角度来看，从信息理论分析到基于倾斜的方法。最近，已经提出了基于可观察性的指标来找到能够快速准确的状态和参数估计的轨迹。这些方法的活力和功效尚未在文献中众所周知。在本文中，我们比较了两个最先进的方法，以便可观察性感知轨迹优化，并寻求增加重要的理论澄清和对其整体效力的宝贵讨论。为了评估，我们使用逼真的物理模拟器检查传感器到传感器外部自校准的代表性任务。我们还研究了这些算法的灵敏度，以改变易欣欣传感器测量的信息内容。

A reliable self-contained navigation system is essential for autonomous vehicles. Based on our previous study on Wheel-INS \cite{niu2019}, a wheel-mounted inertial measurement unit (Wheel-IMU)-based dead reckoning (DR) system, in this paper, we propose a multiple IMUs-based DR solution for the wheeled robots. The IMUs are mounted at different places of the wheeled vehicles to acquire various dynamic information. In particular, at least one IMU has to be mounted at the wheel to measure the wheel velocity and take advantages of the rotation modulation. The system is implemented through a distributed extended Kalman filter structure where each subsystem (corresponding to each IMU) retains and updates its own states separately. The relative position constraints between the multiple IMUs are exploited to further limit the error drift and improve the system robustness. Particularly, we present the DR systems using dual Wheel-IMUs, one Wheel-IMU plus one vehicle body-mounted IMU (Body-IMU), and dual Wheel-IMUs plus one Body-IMU as examples for analysis and comparison. Field tests illustrate that the proposed multi-IMU DR system outperforms the single Wheel-INS in terms of both positioning and heading accuracy. By comparing with the centralized filter, the proposed distributed filter shows unimportant accuracy degradation while holds significant computation efficiency. Moreover, among the three multi-IMU configurations, the one Body-IMU plus one Wheel-IMU design obtains the minimum drift rate. The position drift rates of the three configurations are 0.82\% (dual Wheel-IMUs), 0.69\% (one Body-IMU plus one Wheel-IMU), and 0.73\% (dual Wheel-IMUs plus one Body-IMU), respectively.

We propose a multisensor fusion framework for onboard real-time navigation of a quadrotor in an indoor environment, by integrating sensor readings from an Inertial Measurement Unit (IMU), a camera-based object detection algorithm, and an Ultra-WideBand (UWB) localization system. The sensor readings from the camera-based object detection algorithm and the UWB localization system arrive intermittently, since the measurements are not readily available. We design a Kalman filter that manages intermittent observations in order to handle and fuse the readings and estimate the pose of the quadrotor for tracking a predefined trajectory. The system is implemented via a Hardware-in-the-loop (HIL) simulation technique, in which the dynamic model of the quadrotor is simulated in an open-source 3D robotics simulator tool, and the whole navigation system is implemented on Artificial Intelligence (AI) enabled edge GPU. The simulation results show that our proposed framework offers low positioning and trajectory errors, while handling intermittent sensor measurements.

近二十年来，软机器人技术一直是机器人社区中的一个热门话题。但是，对于软机器人进行建模和分析的可用工具仍然有限。本文介绍了一个用户友好的MATLAB工具箱Soft Robot Simulator（Sorosim），该工具集合了Cosserat杆的几何变量应变（GVS）模型，以促进对软，刚性或混合机器人系统的静态和动力分析。我们简要概述了工具箱的设计和结构，并通过将其结果与文献中发布的结果进行比较。为了突出该工具箱有效建模，模拟，优化和控制各种机器人系统的潜力，我们演示了四个示例应用程序。所示的应用探索了单，分支，开放式和闭合链机器人系统的不同执行器和外部加载条件。我们认为，软机器人研究社区将从Sorosim工具箱中大大受益，用于多种应用。

空中操纵器（AM）表现出特别具有挑战性的非线性动力学；无人机和操纵器携带的是一个紧密耦合的动态系统，相互影响。描述这些动力学的数学模型构成了非线性控制和深度强化学习中许多解决方案的核心。传统上，动力学的配方涉及在拉格朗日框架中的欧拉角参数化或牛顿 - 欧拉框架中的四元素参数化。前者的缺点是诞生奇异性，而后者在算法上是复杂的。这项工作提出了一个混合解决方案，结合了两者的好处，即利用拉格朗日框架的四元化方法，将无奇异参数化与拉格朗日方法的算法简单性联系起来。我们通过提供有关运动学建模过程的详细见解以及一般空中操纵器动力学的表述。获得的动力学模型对实时物理引擎进行了实验验证。获得的动力学模型的实际应用显示在计算的扭矩反馈控制器（反馈线性化）的上下文中，我们通过日益复杂的模型分析其实时功能。

开发了一个领导者追随者系统，用于合作运输。据我们所知，这是一个不需要互联通信的第一工作，并且可以实时修改有效载荷的参考轨迹，以便它可以应用于动态变化的环境。为了在无通信条件下实时跟踪修改的参考轨迹，引导跟随系统被认为是非文展系统，其中开发了控制器以实现有效载荷的渐近跟踪。为了消除安装力传感器的需要，开发了UKFS（Unscented Kalman滤波器）以估计领导者和追随者所施加的力量。进行稳定性分析以证明闭环系统的跟踪误差。仿真结果表明跟踪控制器的良好性能。实验表明，领导者的控制器和追随者可以在现实世界中工作，但是跟踪误差受到限制空间中气流的干扰的影响。

本文解决了现场机器人动态运动下动态在线估计和3轴磁力计的硬铁和软铁偏置的动态在线估计和补偿问题，利用了3轴磁力计和3轴角度的偏置测量速率传感器。所提出的磁力计和角速度偏差估计器（MAVBE）利用了对经受角速度偏移的磁力计信号的非线性处理动态的15状态过程模型，同时估计9个磁力计偏置参数和3个角速率传感器偏置参数，在扩展卡尔曼过滤器框架。偏置参数局部可操作性在数值评估。偏置补偿信号与3轴加速度计信号一起用于估计偏置补偿磁力大地测量标题。与Chesapeake Bay，MD，MD，MD，MD，MD，MD，MD，MD，MD的数值模拟，实验室实验和全规模场试验中，评估了所提出的MAVBE方法的性能。对于所提出的Mavbe，（i）仪器态度不需要估计偏差，结果表明（ii）偏差是本地可观察的，（iii）偏差估计迅速收敛到真正的偏置参数，（iv）仅适用于适度的仪器偏压估计收敛需要激发，并且（v）对磁力计硬铁和柔软铁偏差的补偿显着提高了动态前线估计精度。

与单个IMU相比，多个刚性连接的惯性测量单元（IMU）传感器提供了更丰富的数据流。最先进的方法遵循IMU测量的概率模型，基于在贝叶斯框架下组合的错误的随机性质。但是，负担得起的低级IMU此外，由于其不受相应的概率模型所掩盖的缺陷而遭受了系统的错误。在本文中，我们提出了一种方法，即合并多个IMU（MIMU）传感器数据的最佳轴组成（BAC），以进行准确的3D置置估计，该数据通过从集合中动态选择最佳的IMU轴来考虑随机和系统误差所有可用的轴。我们在MIMU视觉惯性传感器上评估了我们的方法，并将方法的性能与MIMU数据融合的最新方法进行比较。我们表明，BAC的表现优于后者，并且在开放环路中的方向和位置估计都可以提高20％的精度，但需要适当的处理以保持获得的增益。

使用自适应机器学习解决了在不准确运动学模型的情况下，在存在不正确的运动学模型的情况下形成封闭运动链的合作操纵器的自我调整控制问题。两个级联估计器在线更新了与互连操纵器的相对位置/方向不确定性有关的运动学参数，以调整合作控制器，以通过最小值驱动力来实现准确的运动跟踪。该技术允许对所涉及的操纵器的相对运动学进行准确的校准，而无需高精度的终点传感或力测量，因此在经济上是合理的。研究整个实时估计器/控制器系统的稳定性表明，可以确保自适应控制过程的收敛性和稳定性，如果i）角速度向量的方向不会随着时间的推移而保持恒定；参数误差是由一些已知参数的缩放器函数上限。自适应控制器被证明是无奇异性的，即使控制定律涉及在估计参数下计算的矩阵的近似。实验结果证明了传统的反向动态控制方案对运动不准确的跟踪性能的敏感性，而自我调整合作控制器的跟踪误差显着降低。

本文提出了在不同运动条件下不同帧中的惯性测量单元（IMU）预融合的统一数学框架。导航状态精确地离散化为三部分：本地增量，全局状态和全局增量。全局增量可以在不同的帧中计算，例如局部大地测量导航帧和地球中心固定帧。称为IMU预融合的本地增量可以根据代理的运动和IMU的等级的不同假设计算。因此，在不同环境下的惯性集成导航系统的在线状态估计更准确和更方便。