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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在未知和大规模的地下环境中，与一组异质的移动机器人团队进行搜救，需要高精度的本地化和映射。在复杂和感知衰落的地下环境中，这一至关重要的需求面临许多挑战，因为在船上感知系统需要在非警官条件下运作（由于黑暗和灰尘，坚固而泥泞的地形以及自我的存在以及自我的存在，都需要运作。 - 类似和模棱两可的场景）。在灾难响应方案和缺乏有关环境的先前信息的情况下，机器人必须依靠嘈杂的传感器数据并执行同时定位和映射（SLAM）来构建环境的3D地图，并定位自己和潜在的幸存者。为此，本文报告了Team Costar在DARPA Subterranean Challenge的背景下开发的多机器人大满贯系统。我们通过合并一个可适应不同的探针源和激光镜配置的单机器人前端界面来扩展以前的工作，即LAMP，这是一种可伸缩的多机前端，以支持大型大型和内部旋转循环闭合检测检测规模环境和多机器人团队，以及基于渐变的非凸度的稳健后端，配备了异常弹性姿势图优化。我们提供了有关多机器人前端和后端的详细消融研究，并评估美国跨矿山，发电厂和洞穴收集的挑战现实世界中的整体系统性能。我们还发布了我们的多机器人后端数据集（以及相应的地面真相），可以作为大规模地下大满贯的具有挑战性的基准。
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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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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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激光雷达传感器是在未知环境中同时定位和映射（SLAM）的强大工具，但是它们产生的原始点云是密集的，计算量昂贵，并且不适合下游自治任务（例如运动计划）直接使用。为了与运动计划集成，希望大满贯管道生成轻量级的几何图表示。这样的表示也特别适合人造环境，通常可以将其视为在笛卡尔网格上建造的所谓“曼哈顿世界”。在这项工作中，我们为曼哈顿世界环境提出了一种3D激光雷达大满贯算法，该算法从点云中提取平面特征，以实现轻便，实时的定位和映射。我们的方法生成基于平面的地图，其记忆占其位置的记忆力明显少得多，并且适合于快速碰撞检查运动计划。通过利用曼哈顿世界的假设，我们靶向正交平面的提取，以生成比现有基于平面的LIDAR SLAM方法更结构化和组织的地图。我们证明了我们在高保真的AirSim模拟器以及配备有速蛋白底激光片的地面漫游车的现实实验中。在这两种情况下，我们都能够以匹配10 Hz的传感器速率的速率生成高质量的图和轨迹估计值。
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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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本文提出了一种新颖的方法，用于在具有复杂拓扑结构的地下领域的搜索和救援行动中自动合作。作为CTU-Cras-Norlab团队的一部分，拟议的系统在DARPA SubT决赛的虚拟轨道中排名第二。与专门为虚拟轨道开发的获奖解决方案相反，该建议的解决方案也被证明是在现实世界竞争极为严峻和狭窄的环境中飞行的机上实体无人机的强大系统。提出的方法可以使无缝模拟转移的无人机团队完全自主和分散的部署，并证明了其优于不同环境可飞行空间的移动UGV团队的优势。该论文的主要贡献存在于映射和导航管道中。映射方法采用新颖的地图表示形式 - 用于有效的风险意识长距离计划，面向覆盖范围和压缩的拓扑范围的LTVMAP领域，以允许在低频道通信下进行多机器人合作。这些表示形式与新的方法一起在导航中使用，以在一般的3D环境中可见性受限的知情搜索，而对环境结构没有任何假设，同时将深度探索与传感器覆盖的剥削保持平衡。所提出的解决方案还包括一条视觉感知管道，用于在没有专用GPU的情况下在5 Hz处进行四个RGB流中感兴趣的对象的板上检测和定位。除了参与DARPA SubT外，在定性和定量评估的各种环境中，在不同的环境中进行了广泛的实验验证，UAV系统的性能得到了支持。
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While the capabilities of autonomous systems have been steadily improving in recent years, these systems still struggle to rapidly explore previously unknown environments without the aid of GPS-assisted navigation. The DARPA Subterranean (SubT) Challenge aimed to fast track the development of autonomous exploration systems by evaluating their performance in real-world underground search-and-rescue scenarios. Subterranean environments present a plethora of challenges for robotic systems, such as limited communications, complex topology, visually-degraded sensing, and harsh terrain. The presented solution enables long-term autonomy with minimal human supervision by combining a powerful and independent single-agent autonomy stack, with higher level mission management operating over a flexible mesh network. The autonomy suite deployed on quadruped and wheeled robots was fully independent, freeing the human supervision to loosely supervise the mission and make high-impact strategic decisions. We also discuss lessons learned from fielding our system at the SubT Final Event, relating to vehicle versatility, system adaptability, and re-configurable communications.
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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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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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在室内运行的自主机器人和GPS拒绝的环境可以使用LIDAR进行大满贯。但是，由于循环闭合检测和计算负载以执行扫描匹配的挑战，在几何衰减的环境中，LIDAR的表现不佳。现有的WiFi基础架构可以用低硬件和计算成本来进行本地化和映射。然而，使用WiFi进行准确的姿势估计是具有挑战性的，因为由于信号传播的不可预测性，可以在同一位置测量不同的信号值。因此，我们介绍了WiFi指纹序列的使用量估计（即循环闭合）。这种方法利用移动机器人移动时获得的位置指纹的空间连贯性。这具有更好的校正探针流漂移的能力。该方法还结合了激光扫描，从而提高了大型和几何衰减环境的计算效率，同时保持LIDAR SLAM的准确性。我们在室内环境中进行了实验，以说明该方法的有效性。基于根平方误差（RMSE）评估结果，并在测试环境中达到了88m的精度。
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We propose a framework for tightly-coupled lidar inertial odometry via smoothing and mapping, LIO-SAM, that achieves highly accurate, real-time mobile robot trajectory estimation and map-building. LIO-SAM formulates lidar-inertial odometry atop a factor graph, allowing a multitude of relative and absolute measurements, including loop closures, to be incorporated from different sources as factors into the system. The estimated motion from inertial measurement unit (IMU) pre-integration de-skews point clouds and produces an initial guess for lidar odometry optimization. The obtained lidar odometry solution is used to estimate the bias of the IMU. To ensure high performance in real-time, we marginalize old lidar scans for pose optimization, rather than matching lidar scans to a global map. Scan-matching at a local scale instead of a global scale significantly improves the real-time performance of the system, as does the selective introduction of keyframes, and an efficient sliding window approach that registers a new keyframe to a fixed-size set of prior "sub-keyframes." The proposed method is extensively evaluated on datasets gathered from three platforms over various scales and environments.
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This paper presents an accurate, highly efficient, and learning-free method for large-scale odometry estimation using spinning radar, empirically found to generalize well across very diverse environments -- outdoors, from urban to woodland, and indoors in warehouses and mines - without changing parameters. Our method integrates motion compensation within a sweep with one-to-many scan registration that minimizes distances between nearby oriented surface points and mitigates outliers with a robust loss function. Extending our previous approach CFEAR, we present an in-depth investigation on a wider range of data sets, quantifying the importance of filtering, resolution, registration cost and loss functions, keyframe history, and motion compensation. We present a new solving strategy and configuration that overcomes previous issues with sparsity and bias, and improves our state-of-the-art by 38%, thus, surprisingly, outperforming radar SLAM and approaching lidar SLAM. The most accurate configuration achieves 1.09% error at 5Hz on the Oxford benchmark, and the fastest achieves 1.79% error at 160Hz.
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LiDAR的探测法吸引了相当大的关注，作为在复杂的GNSS污染环境中运行的自主机器人的强大定位方法。但是，由于自动操作所需的板载计算和内存资源的局限性，在大规模环境中在异质平台上实现可靠和有效的性能仍然是一个挑战。在这项工作中，我们提出了实时地下3D映射的强大且计算效率的\ LIDAR ODOMETIRY系统。 Locus 2.0包括一个新型的基于正态的\ Morrell {广义迭代的最接近点（GICP）}公式，该公式会减少点云对齐的计算时间，这是一种自适应体素电网滤波器，可维持所需的计算负载，无论环境的几何形状和滑动方式如何 - 窗口地图方法界限内存消耗。所提出的方法被证明适合在严重的计算和记忆约束下部署在参与大规模探索的异质机器人平台上。我们展示了Locus 2.0，这是Costar团队进入DARPA地下挑战赛的关键要素，在各种地下场景中。我们将基因座2.0作为开源库，并在具有挑战性和大规模的地下环境中发布基于\激光雷达的Odometry数据集。该数据集在多种环境中具有腿部和轮式平台，包括雾，灰尘，黑暗和几何归化环境，总计$ 11〜h $运营以及$ 16〜公里的距离。
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LiDAR mapping is important yet challenging in self-driving and mobile robotics. To tackle such a global point cloud registration problem, DeepMapping converts the complex map estimation into a self-supervised training of simple deep networks. Despite its broad convergence range on small datasets, DeepMapping still cannot produce satisfactory results on large-scale datasets with thousands of frames. This is due to the lack of loop closures and exact cross-frame point correspondences, and the slow convergence of its global localization network. We propose DeepMapping2 by adding two novel techniques to address these issues: (1) organization of training batch based on map topology from loop closing, and (2) self-supervised local-to-global point consistency loss leveraging pairwise registration. Our experiments and ablation studies on public datasets (KITTI, NCLT, and Nebula) demonstrate the effectiveness of our method. Our code will be released.
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在这项研究中，我们提出了一种新型的视觉定位方法，以根据RGB摄像机的可视数据准确估计机器人在3D激光镜头内的六个自由度（6-DOF）姿势。使用基于先进的激光雷达的同时定位和映射（SLAM）算法，可获得3D地图，能够收集精确的稀疏图。将从相机图像中提取的功能与3D地图的点进行了比较，然后解决了几何优化问题，以实现精确的视觉定位。我们的方法允许使用配备昂贵激光雷达的侦察兵机器人一次 - 用于映射环境，并且仅使用RGB摄像头的多个操作机器人 - 执行任务任务，其本地化精度高于常见的基于相机的解决方案。该方法在Skolkovo科学技术研究所（Skoltech）收集的自定义数据集上进行了测试。在评估本地化准确性的过程中，我们设法达到了厘米级的准确性；中间翻译误差高达1.3厘米。仅使用相机实现的确切定位使使用自动移动机器人可以解决需要高度本地化精度的最复杂的任务。
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移动机器人应该意识到他们的情况，包括对周围环境的深刻理解，以及对自己的状态的估计，成功地做出智能决策并在真实环境中自动执行任务。 3D场景图是一个新兴的研究领域，建议在包含几何，语义和关系/拓扑维度的联合模型中表示环境。尽管3D场景图已经与SLAM技术相结合，以提供机器人的情境理解，但仍需要进一步的研究才能有效地部署它们在板载移动机器人。为此，我们在本文中介绍了一个小说，实时的在线构建情境图（S-Graph），该图在单个优化图中结合在一起，环境的表示与上述三个维度以及机器人姿势一起。我们的方法利用了从3D激光扫描提取的轨道读数和平面表面，以实时构造和优化三层S图，其中包括（1）机器人跟踪层，其中机器人姿势已注册，（2）衡量标准。语义层具有诸如平面壁和（3）我们的新颖拓扑层之类的特征，从而使用高级特征（例如走廊和房间）来限制平面墙。我们的建议不仅证明了机器人姿势估计的最新结果，而且还以度量的环境模型做出了贡献
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我们介绍了一种简单而有效的方法，可以使用本地3D深度描述符（L3DS）同时定位和映射解决循环闭合检测。 L3DS正在采用深度学习算法从数据从数据中学到的点云提取的斑块的紧凑型表示。通过在通过其估计的相对姿势向循环候选点云登记之后计算对应于相互最近邻接描述符的点之间的度量误差，提出了一种用于循环检测的新颖重叠度量。这种新方法使我们能够在小重叠的情况下精确地检测环并估计六个自由度。我们将基于L3D的循环闭合方法与最近的LIDAR数据的方法进行比较，实现最先进的环路闭合检测精度。此外，我们嵌入了我们在最近的基于边缘的SLAM系统中的循环闭合方法，并对现实世界RGBD-TUM和合成ICL数据集进行了评估。与其原始环路闭合策略相比，我们的方法能够实现更好的本地化准确性。
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为了在多个机器人系统中有效完成任务，必须解决的问题是同时定位和映射（SLAM）。激光雷达（光检测和范围）由于其出色的精度而用于许多SLAM解决方案，但其性能在无特征环境（如隧道或长走廊）中降低。集中式大满贯解决了云服务器的问题，云服务器需要大量的计算资源，并且缺乏针对中央节点故障的鲁棒性。为了解决这些问题，我们提出了一个分布式的SLAM解决方案，以使用超宽带（UWB）范围和探测测量值估算一组机器人的轨迹。所提出的方法在机器人团队之间分配了处理，并显着减轻了从集中式大满贯出现的计算问题。我们的解决方案通过最大程度地减少在机器人处于近距离接近时在不同位置进行的UWB范围测量方法来确定两个机器人之间的相对姿势（也称为环闭合）。 UWB在视线条件下提供了良好的距离度量，但是由于机器人的噪声和不可预测的路径，检索精确的姿势估计仍然是一个挑战。为了处理可疑的循环封闭，我们使用成对的一致性最大化（PCM）来检查循环封闭质量并执行异常拒绝。然后，在分布式姿势图优化（DPGO）模块中将过滤的环闭合与探光仪融合，以恢复机器人团队的完整轨迹。进行了广泛的实验以验证所提出的方法的有效性。
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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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