长期以来，部署能够探索未知环境的自动驾驶机器人一直是与机器人社区有很大相关性的话题。在这项工作中，我们通过展示一个开源的活动视觉猛烈框架来朝着这个方向迈出一步基础姿势图提供的结构。通过仔细估计后验加权姿势图，在线实现了D-最佳决策，目的是在发生探索时改善本地化和映射不确定性。
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量化不确定性是主动同时本地化和映射（SLAM）的关键阶段，因为它允许确定执行的最有用的动作。但是，处理完整的协方差甚至Fisher信息矩阵（FIMS）在计算上是沉重的，并且很容易在线系统上棘手。在这项工作中，我们研究了通过\ textit {se（n）}提出的主动图 - 峰的范式，并提出了系统FIM与基础姿势的拉普拉斯矩阵之间的一般关系。此链接使使用图形连接索引作为具有最佳保证的实用程序函数，因为它们近似源于最佳设计理论的众所周知的最佳标准。实验验证表明，所提出的方法会导致在一小部分时间内进行主动猛击的等效决策。
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主动同时定位和映射（SLAM）是规划和控制机器人运动以构建周围环境中最准确，最完整的模型的问题。自从三十多年前出现了积极感知的第一项基础工作以来，该领域在不同科学社区中受到了越来越多的关注。这带来了许多不同的方法和表述，并回顾了当前趋势，对于新的和经验丰富的研究人员来说都是非常有价值的。在这项工作中，我们在主动大满贯中调查了最先进的工作，并深入研究了仍然需要注意的公开挑战以满足现代应用程序的需求。为了实现现实世界的部署。在提供了历史观点之后，我们提出了一个统一的问题制定并审查经典解决方案方案，该方案将问题分解为三个阶段，以识别，选择和执行潜在的导航措施。然后，我们分析替代方法，包括基于深入强化学习的信念空间规划和现代技术，以及审查有关多机器人协调的相关工作。该手稿以讨论新的研究方向的讨论，解决可再现的研究，主动的空间感知和实际应用，以及其他主题。
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自主机器人探索长期以来吸引了机器人界的关注，这是一个高度相关性的话题。但是，将这种系统部署在现实世界中仍然远非现实。在某种程度上，这可以归因于以下事实：大多数研究旨在改善现有算法并在模拟环境中测试新的配方，而不是解决现实世界情景的实际问题。自主决定何时必须终止或更改勘探（停止标准）的基本问题是这种情况，最近尚未受到任何关注。在本文中，我们讨论了使用适当的停止标准的重要性，并基于主动图 - SLAM最佳标准的演变来分析新标准的行为。
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This article presents a novel review of Active SLAM (A-SLAM) research conducted in the last decade. We discuss the formulation, application, and methodology applied in A-SLAM for trajectory generation and control action selection using information theory based approaches. Our extensive qualitative and quantitative analysis highlights the approaches, scenarios, configurations, types of robots, sensor types, dataset usage, and path planning approaches of A-SLAM research. We conclude by presenting the limitations and proposing future research possibilities. We believe that this survey will be helpful to researchers in understanding the various methods and techniques applied to A-SLAM formulation.
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在本文中，我们为全向机器人提供了一种积极的视觉血液。目标是生成允许这样的机器人同时定向机器人的控制命令并将未知环境映射到最大化的信息量和消耗尽可能低的信息。利用机器人的独立翻译和旋转控制，我们引入了一种用于活动V-SLAM的多层方法。顶层决定提供信息丰富的目标位置，并为它们产生高度信息的路径。第二个和第三层积极地重新计划并执行路径，利用连续更新的地图和本地特征信息。此外，我们介绍了两个实用程序配方，以解释视野和机器人位置的障碍物。通过严格的模拟，真正的机器人实验和与最先进的方法的比较，我们证明我们的方法通过较小的整体地图熵实现了类似的覆盖结果。这是可以获得的，同时保持横向距离比其他方法短至39％，而不增加车轮的总旋转量。代码和实现详细信息作为开源提供。
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同时本地化和映射（SLAM）是自动移动机器人中的基本问题之一，在该机器人需要重建以前看不见的环境的同时，同时在地图上进行了本身。特别是，Visual-Slam使用移动机器人中的各种传感器来收集和感测地图的表示。传统上，基于几何模型的技术被用来解决大满贯问题，在充满挑战的环境下，该问题往往容易出错。诸如深度学习技术之类的计算机视觉方面的最新进展提供了一种数据驱动的方法来解决视觉范围问题。这篇综述总结了使用各种基于学习的方法的视觉 - 峰领域的最新进展。我们首先提供了基于几何模型的方法的简洁概述，然后进行有关SLAM当前范式的技术评论。然后，我们介绍了从移动机器人那里收集感官输入并执行场景理解的各种基于学习的方法。讨论并将基于深度学习的语义理解中的当前范式讨论并置于视觉峰的背景下。最后，我们讨论了在视觉 - 峰中基于学习的方法方向上的挑战和进一步的机会。
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近年来我们目睹了巨大进展的动机，本文提出了对协作同时定位和映射（C-SLAM）主题的科学文献的调查，也称为多机器人猛击。随着地平线上的自动驾驶车队和工业应用中的多机器人系统的兴起，我们相信合作猛击将很快成为未来机器人应用的基石。在本调查中，我们介绍了C-Slam的基本概念，并呈现了彻底的文献综述。我们还概述了C-Slam在鲁棒性，通信和资源管理方面的主要挑战和限制。我们通过探索该地区目前的趋势和有前途的研究途径得出结论。
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The field of autonomous mobile robots has undergone dramatic advancements over the past decades. Despite achieving important milestones, several challenges are yet to be addressed. Aggregating the achievements of the robotic community as survey papers is vital to keep the track of current state-of-the-art and the challenges that must be tackled in the future. This paper tries to provide a comprehensive review of autonomous mobile robots covering topics such as sensor types, mobile robot platforms, simulation tools, path planning and following, sensor fusion methods, obstacle avoidance, and SLAM. The urge to present a survey paper is twofold. First, autonomous navigation field evolves fast so writing survey papers regularly is crucial to keep the research community well-aware of the current status of this field. Second, deep learning methods have revolutionized many fields including autonomous navigation. Therefore, it is necessary to give an appropriate treatment of the role of deep learning in autonomous navigation as well which is covered in this paper. Future works and research gaps will also be discussed.
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在这项工作中，我们向不确定性的决策问题介绍了一种新的有效的解决方案方法，可以在一个可能的高维状态空间中作为信仰空间中的决策制定。通常，为了解决决策问题，根据一些目标，应该识别来自一组候选者的最佳行动。我们声称人们通常可以生成并解决类似的尚未简化的决策问题，这可以更有效地解决。明智的简化方法可以导致相同的动作选择，或者可以保证最佳状态最大损耗的方法。此外，这种简化与状态推断分离，并且不会损害其精度，因为所选动作最终应用于原始状态。首先，我们介绍了一般决策问题的概念，并为这一方法的连贯制定提供了理论框架。然后，我们几乎将这些想法应用于信仰空间中的决策问题，这可以通过考虑初始信仰的稀疏近似来简化。我们提供的可扩展信念稀疏算法能够产生保证与原始问题一致的解决方案。我们展示了方法在解决现实主动场所问题的解决方案中的好处，并设法显着降低计算时间，在解决方案的质量上没有损失。这项工作既有基础实用，又拥有众多可能的扩展。
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我们考虑如何通过鲁棒地计算其边界的缩回的在线过程直接提取最初未知的二维环境的路线图（也称为拓扑表示）。在本文中，我们首先在在线建设拓扑地图和执行控制法，以指导机器人到最近的未开发地区，首先介绍[1]。所提出的方法通过允许机器人在局部构造的地图上定位本身来操作，计算对环境（前沿）的未探究部分的路径，当机器人完全探索环境时计算稳健的终端条件，并实现环路闭合检测。所提出的算法导致机器人导航需求的平滑安全路径。所提出的方法是任何时间算法，其具有优点：它允许从激光扫描数据中获取激光扫描数据的主动创建拓扑映射。我们还提出了一种基于启发式的导航策略，其中机器人针对拓扑映射中的节点，该拓扑地图开放到空的空间。然后，我们通过呈现[1]中的工作，呈现一种利用特定光谱对应方法[2]的强度来扩展[1]的工作，以匹配从我们拓扑制作算法生成的映射环境。在这里，我们专注于实现一种可以使用AFF骨架来匹配映射环境的拓扑的系统。在两个给定地图和他们的AOF骷髅之间的拓扑匹配中，我们首先在两个不同环境的AFOF骨架上的点之间找到相应的通知。然后我们将环境的（2D）点对齐。我们还基于其提取的AOF骨架及其拓扑在两个给定的环境之间计算距离测量，作为对应点之间的匹配错误的总和。
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本文介绍了Cerberus机器人系统系统，该系统赢得了DARPA Subterranean挑战最终活动。出席机器人自主权。由于其几何复杂性，降解的感知条件以及缺乏GPS支持，严峻的导航条件和拒绝通信，地下设置使自动操作变得特别要求。为了应对这一挑战，我们开发了Cerberus系统，该系统利用了腿部和飞行机器人的协同作用，再加上可靠的控制，尤其是为了克服危险的地形，多模式和多机器人感知，以在传感器退化，以及在传感器退化的条件下进行映射以及映射通过统一的探索路径计划和本地运动计划，反映机器人特定限制的弹性自主权。 Cerberus基于其探索各种地下环境及其高级指挥和控制的能力，表现出有效的探索，对感兴趣的对象的可靠检测以及准确的映射。在本文中，我们报告了DARPA地下挑战赛的初步奔跑和最终奖项的结果，并讨论了为社区带来利益的教训所面临的亮点和挑战。
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现代状态估计通常被表达为优化问题，并使用有效的本地搜索方法解决。这些方法最能保证与本地最小值的融合，但是在某些情况下，全球最优性也可以得到认证。尽管此类全球最佳证书已经为3D姿势格言优化确定了，但是对于基于3D地标的SLAM问题，尚未确定细节，其中估计的状态包括机器人姿势和地图地标。在本文中，我们通过使用图理论方法来解决这一差距，将基于里程碑的SLAM的子问题投入到一种形式，该形式产生了足够的全球最优状态。存在计算这些子问题的最佳证书的有效方法，但首先需要构建大型数据矩阵。我们表明，该矩阵可以以复杂性构建，该复杂性在地标数量中保持线性，并且不超过一个局部求解器的最新计算复杂性。最后，我们证明了证书对基于模拟和现实世界标记的大满贯问题的功效。
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多机器人大满贯系统在受GPS污染的环境中需要循环封闭以维护无漂移的集中式地图。随着越来越多的机器人和环境大小，检查和计算所有循环闭合候选者的转换变得不可行。在这项工作中，我们描述了一个循环闭合模块，该模块能够优先考虑哪个循环闭合以根据基础姿势图，与已知信标的接近性以及点云的特性进行计算。我们在DARPA地下挑战和许多具有挑战性的地下数据集中验证该系统，并证明该系统能够生成和保持低误差的地图。我们发现，我们提出的技术能够选择有效的循环封闭，与探空量解决方案相比，与没有优先级排序的基线版本相比，中位误差的平均值减少了51％，中位误差的平均误差和平均值减少了75％。我们还发现，与处理四个半小时内每个可能的循环封闭的系统相比，我们提出的系统能够在一小时的任务时间内找到较低的错误。可以找到此工作的代码和数据集https://github.com/nebula-autonomy/lamp
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本文提出了Kimera-Multi，第一个多机器人系统，（i）是强大的，并且能够识别和拒绝由感知混叠产生的不正确和内部机器人循环闭合，（ii）完全分布，仅依赖于本地（点对点）通信实现分布式本地化和映射，（iii）实时构建环境的全球一致的度量标准三维网状模型，其中网格的面部用语义标签注释。 Kimera-Multi由配备有视觉惯性传感器的机器人团队实现。每个机器人都构建了局部轨迹估计和使用Kimera的本地网格。当通信可用时，机器人基于一种基于新型分布式刻度非凸性算法发起分布式地点识别和鲁棒姿态图优化协议。所提出的协议允许机器人通过利用机器人间循环闭合而鲁棒到异常值来改善其局部轨迹估计。最后，每个机器人使用其改进的轨迹估计来使用网格变形技术来校正本地网格。我们在光逼真模拟，SLAM基准测试数据集中展示了Kimera-Multi，以及使用地机器人收集的靠户外数据集。真实和模拟实验都涉及长轨迹（例如，每个机器人高达800米）。实验表明，在鲁棒性和准确性方面，kimera-multi（i）优于现有技术，（ii）在完全分布的同时实现与集中式大满贯系统相当的估计误差，（iii）在通信带宽方面是显着的（iv）产生精确的公制语义3D网格，并且（v）是模块化的，也可以用于标准3D重建（即，没有语义标签）或轨迹估计（即，不重建3D网格）。
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For long-term simultaneous planning, localization and mapping (SPLAM), a robot should be able to continuously update its map according to the dynamic changes of the environment and the new areas explored. With limited onboard computation capabilities, a robot should also be able to limit the size of the map used for online localization and mapping. This paper addresses these challenges using a memory management mechanism, which identifies locations that should remain in a Working Memory (WM) for online processing from locations that should be transferred to a Long-Term Memory (LTM). When revisiting previously mapped areas that are in LTM, the mechanism can retrieve these locations and place them back in WM for online SPLAM. The approach is tested on a robot equipped with a short-range laser rangefinder and a RGB-D camera, patrolling autonomously 10.5 km in an indoor environment over 11 sessions while having encountered 139 people.
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主动映射的传统方法专注于构建几何图。但是，对于大多数真实世界应用程序，可行的信息与环境中的语义有意义的对象有关。我们提出了一种用于主动度量语义映射问题的方法，该方法使多个异质机器人能够协作构建环境地图。这些机器人积极探索以最大程度地减少语义（对象分类）和几何（对象建模）信息中的不确定性。我们使用信息丰富但稀疏的对象模型表示环境，每个模型由基本形状和语义类标签组成，并使用大量现实世界数据在经验上表征不确定性。鉴于先前的地图，我们使用此模型为每个机器人选择动作以最大程度地减少不确定性。通过多种现实世界环境中的多机器人实验证明了我们的算法的性能。所提出的框架适用于广泛的现实问题，例如精确农业，基础设施检查和工厂中的资产映射。
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本文通过讨论参加了为期三年的SubT竞赛的六支球队的不同大满贯策略和成果，报道了地下大满贯的现状。特别是，本文有四个主要目标。首先，我们审查团队采用的算法，架构和系统；特别重点是以激光雷达以激光雷达为中心的SLAM解决方案（几乎所有竞争中所有团队的首选方法），异质的多机器人操作（包括空中机器人和地面机器人）和现实世界的地下操作（从存在需要处理严格的计算约束的晦涩之处）。我们不会回避讨论不同SubT SLAM系统背后的肮脏细节，这些系统通常会从技术论文中省略。其次，我们通过强调当前的SLAM系统的可能性以及我们认为与一些良好的系统工程有关的范围来讨论该领域的成熟度。第三，我们概述了我们认为是基本的开放问题，这些问题可能需要进一步的研究才能突破。最后，我们提供了在SubT挑战和相关工作期间生产的开源SLAM实现和数据集的列表，并构成了研究人员和从业人员的有用资源。
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Integration of multiple sensor modalities and deep learning into Simultaneous Localization And Mapping (SLAM) systems are areas of significant interest in current research. Multi-modality is a stepping stone towards achieving robustness in challenging environments and interoperability of heterogeneous multi-robot systems with varying sensor setups. With maplab 2.0, we provide a versatile open-source platform that facilitates developing, testing, and integrating new modules and features into a fully-fledged SLAM system. Through extensive experiments, we show that maplab 2.0's accuracy is comparable to the state-of-the-art on the HILTI 2021 benchmark. Additionally, we showcase the flexibility of our system with three use cases: i) large-scale (approx. 10 km) multi-robot multi-session (23 missions) mapping, ii) integration of non-visual landmarks, and iii) incorporating a semantic object-based loop closure module into the mapping framework. The code is available open-source at https://github.com/ethz-asl/maplab.
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This paper presents ORB-SLAM, a feature-based monocular SLAM system that operates in real time, in small and large, indoor and outdoor environments. The system is robust to severe motion clutter, allows wide baseline loop closing and relocalization, and includes full automatic initialization. Building on excellent algorithms of recent years, we designed from scratch a novel system that uses the same features for all SLAM tasks: tracking, mapping, relocalization, and loop closing. A survival of the fittest strategy that selects the points and keyframes of the reconstruction leads to excellent robustness and generates a compact and trackable map that only grows if the scene content changes, allowing lifelong operation. We present an exhaustive evaluation in 27 sequences from the most popular datasets. ORB-SLAM achieves unprecedented performance with respect to other state-of-the-art monocular SLAM approaches. For the benefit of the community, we make the source code public.
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