许多施工机器人任务（例如自动水泥抛光或机器人石膏喷涂）需要高精度3D表面信息。但是，目前在市场上发现的消费级深度摄像头还不够准确，对于需要毫米（mm）级别准确性的这些任务。本文介绍了SL传感器，SL传感器是一种结构化的光传感溶液，能够通过利用相移初量法（PSP）编码技术来生产5 Hz的高保真点云。将SL传感器与两个商用深度摄像机进行了比较 - Azure Kinect和Realsense L515。实验表明，SL传感器以室内表面重建应用的精度和精度超过了两个设备。此外，为了证明SL传感器成为机器人应用的结构化光传感研究平台的能力，开发了运动补偿策略，该策略允许SL传感器在传统PSP方法仅在传感器静态时工作时在线性运动过程中运行。现场实验表明，SL传感器能够生成喷雾灰泥表面的高度详细的重建。机器人操作系统（ROS）的软件和SL传感器的示例硬件构建是开源的，其目的是使结构化的光传感更容易被施工机器人社区访问。所有文档和代码均可在https://github.com/ethz-asl/sl_sensor/上获得。

坐标测量机（CMM）一直是测量近50年或更长时间以上固体物体的准确性的基准。然而，随着3D扫描技术的出现，产生的点云的准确性和密度已接管。在这个项目中，我们不仅比较可在3D扫描软件中使用的不同算法，而且还比较了从相机和投影仪等现成组件中创建自己的3D扫描仪。我们的目标是：1。为3D扫描仪开发一个原型，以实现在对象的广泛类型上以最佳精度执行的系统。2.使用现成的组件最小化成本。3.到达非常接近CMM的准确性。

几十年来，机器人和手眼校准都一直是研究的目的。尽管当前方法能够精确，可靠地识别机器人运动模型的参数，但它们仍然依赖于外部设备，例如校准对象，标记和/或外部传感器。本文没有试图将记录的测量结果适合已知对象的模型，而是将机器人校准视为离线大满贯问题，其中扫描姿势通过移动的运动学链将扫描姿势链接到空间中的固定点。因此，提出的框架允许使用任意眼睛深度传感器的机器人校准，从而无需任何外部工具就可以实现完全自主的自主校准。我的新方法是利用迭代最接近点算法的修改版本来运行多个3D记录的捆绑调整，以估计运动模型的最佳参数。对系统的详细评估显示在带有各种附着的3D传感器的真实机器人上。提出的结果表明，该系统以其成本的一小部分达到了与专用外部跟踪系统相当的精度。

传感器是将物理参数或环境特征（例如温度，距离，速度等）转换为可以通过数字测量和处理以执行特定任务的信号的设备。移动机器人需要传感器来测量其环境的属性，从而允许安全导航，复杂的感知和相应的动作以及与填充环境的其他代理的有效相互作用。移动机器人使用的传感器范围从简单的触觉传感器（例如保险杠）到复杂的基于视觉的传感器，例如结构化灯相机。所有这些都提供了可以由机器人计算机处理的数字输出（例如，字符串，一组值，矩阵等）。通常通过使用传感器中包含的数字转换器（ADC）的类似物来离散一个或多个模拟电信号来获得此类输出。在本章中，我们介绍了移动机器人技术中最常见的传感器，并提供了其分类法，基本特征和规格的介绍。对功能和应用程序类型的描述遵循一种自下而上的方法：在描述现实世界传感器之前，介绍了传感器所基于的基本原理和组件，这些传感器通常基于多种技术和基本设备。

Three-dimensional (3D) technologies have been developing rapidly recent years, and have influenced industrial, medical, cultural, and many other fields. In this paper, we introduce an automatic 3D human head scanning-printing system, which provides a complete pipeline to scan, reconstruct, select, and finally print out physical 3D human heads. To enhance the accuracy of our system, we developed a consumer-grade composite sensor (including a gyroscope, an accelerometer, a digital compass, and a Kinect v2 depth sensor) as our sensing device. This sensing device is then mounted on a robot, which automatically rotates around the human subject with approximate 1-meter radius, to capture the full-view information. The data streams are further processed and fused into a 3D model of the subject using a tablet located on the robot. In addition, an automatic selection method, based on our specific system configurations, is proposed to select the head portion. We evaluated the accuracy of the proposed system by comparing our generated 3D head models, from both standard human head model and real human subjects, with the ones reconstructed from FastSCAN and Cyberware commercial laser scanning systems through computing and visualizing Hausdorff distances. Computational cost is also provided to further assess our proposed system.

多模式传感器的融合在自动驾驶和智能机器人中变得越来越流行，因为它可以比任何单个传感器提供更丰富的信息，从而在复杂的环境中增强可靠性。多传感器外部校准是传感器融合的关键因素之一。但是，由于传感器方式的种类以及对校准目标和人工的需求，这种校准很困难。在本文中，我们通过关注立体相机，热摄像机和激光传感器之间的外部转换，展示了一个新的无目标跨模式校准框架。具体而言，立体声和激光器之间的校准是通过最小化登记误差在3D空间中进行的，而通过优化边缘特征的对齐方式来估计其他两个传感器的热外部传感器。我们的方法不需要专门的目标，并且可以在没有人类相互作用的情况下进行一次镜头进行多传感器校准。实验结果表明，校准框架是准确且适用于一般场景的。

视觉的触觉传感器由于经济实惠的高分辨率摄像机和成功的计算机视觉技术而被出现为机器人触摸的有希望的方法。但是，它们的物理设计和他们提供的信息尚不符合真实应用的要求。我们提供了一种名为Insight的强大，柔软，低成本，视觉拇指大小的3D触觉传感器：它不断在其整个圆锥形感测表面上提供定向力分布图。围绕内部单眼相机构造，传感器仅在刚性框架上仅成型一层弹性体，以保证灵敏度，鲁棒性和软接触。此外，Insight是第一个使用准直器将光度立体声和结构光混合的系统来检测其易于更换柔性外壳的3D变形。通过将图像映射到3D接触力的空间分布（正常和剪切）的深神经网络推断力信息。洞察力在0.4毫米的总空间分辨率，力量幅度精度约为0.03 n，并且对于具有不同接触面积的多个不同触点，在0.03-2 n的范围内的5度大约5度的力方向精度。呈现的硬件和软件设计概念可以转移到各种机器人部件。

通过移动激光扫描和图像构建有色点的云是测量和映射的基本工作。它也是为智能城市建造数字双胞胎的重要先决条件。但是，现有的公共数据集要么是相对较小的规模，要么缺乏准确的几何和彩色地面真理。本文记录了一个名为Polyu-BPComa的多功能数据集，该数据集可独特地定位于移动着色映射。该数据集在背包平台上包含3D激光雷达，球形成像，GNSS和IMU的资源。颜色检查器板在每个调查区域粘贴，因为目标和地面真相数据是由先进的陆地激光扫描仪（TLS）收集的。 3D几何信息和颜色信息可以分别在背包系统和TLS产生的有色点云中恢复。因此，我们提供了一个机会，可以同时为移动多感官系统对映射和着色精度进行基准测试。该数据集的尺寸约为800 GB，涵盖室内和室外环境。数据集和开发套件可在https://github.com/chenpengxin/polyu-bpcoma.git上找到。

安装在微空中车辆（MAV）上的地面穿透雷达是有助于协助人道主义陆地间隙的工具。然而，合成孔径雷达图像的质量取决于雷达天线的准确和精确运动估计以及与MAV产生信息性的观点。本文介绍了一个完整的自动空气缩进的合成孔径雷达（GPSAR）系统。该系统由空间校准和时间上同步的工业级传感器套件组成，使得在地面上方，雷达成像和光学成像。自定义任务规划框架允许在地上控制地上的Stripmap和圆形（GPSAR）轨迹的生成和自动执行，以及空中成像调查飞行。基于因子图基于Dual接收机实时运动（RTK）全局导航卫星系统（GNSS）和惯性测量单元（IMU）的测量值，以获得精确，高速平台位置和方向。地面真理实验表明，传感器时机为0.8美元，正如0.1美元的那样，定位率为1 kHz。与具有不确定标题初始化的单个位置因子相比，双位置因子配方可提高高达40％，批量定位精度高达59％。我们的现场试验验证了本地化准确性和精度，使得能够相干雷达测量和检测在沙子中埋入的雷达目标。这验证了作为鸟瞰着地图检测系统的潜力。

休眠季节葡萄树修剪需要熟练的季节性工人，这在冬季变得越来越缺乏。随着在短期季节性招聘文化和低工资的短期季节性招聘文化和低工资的时间内，随着工人更少的葡萄藤，葡萄藤往往被修剪不一致地导致葡萄化物不平衡。除此之外，目前现有的机械方法无法选择性地修剪葡萄园和手动后续操作，通常需要进一步提高生产成本。在本文中，我们展示了崎岖，全自治机器人的设计和田间评估，用于休眠季节葡萄园的端到最终修剪。该设计的设计包括新颖的相机系统，运动冗余机械手，地面机器人和在感知系统中的新颖算法。所提出的研究原型机器人系统能够在213秒/葡萄藤中完全从两侧刺激一排藤蔓，总修枝精度为87％。与机械预灌浆试验相比，商业葡萄园中自治系统的初始现场测试显示出休眠季节修剪的显着变化。在手稿中描述了设计方法，系统组件，经验教训，未来增强以及简要的经济分析。

Mohamed Bin Zayed国际机器人挑战（MBZIRC）2020为无人机（无人机）构成了不同的挑战。我们提供了四个量身定制的无人机，专门为MBZIRC的单独空中机器人任务开发，包括自定义硬件和软件组件。在挑战1中，使用高效率，车载对象检测管道进行目标UAV，以捕获来自目标UAV的球。第二个UAV使用类似的检测方法来查找和流行散落在整个竞技场的气球。对于挑战2，我们展示了一种能够自主空中操作的更大的无人机：从相机图像找到并跟踪砖。随后，将它们接近，挑选，运输并放在墙上。最后，在挑战3中，我们的UAV自动发现使用LIDAR和热敏摄像机的火灾。它用船上灭火器熄灭火灾。虽然每个机器人都具有任务特定的子系统，但所有无人机都依赖于为该特定和未来竞争开发的标准软件堆栈。我们介绍了我们最开源的软件解决方案，包括系统配置，监控，强大无线通信，高级控制和敏捷轨迹生成的工具。为了解决MBZirc 2020任务，我们在多个研究领域提出了机器视觉和轨迹生成的多个研究领域。我们介绍了我们的科学贡献，这些贡献构成了我们的算法和系统的基础，并分析了在阿布扎比的MBZIRC竞赛2020年的结果，我们的系统在大挑战中达到了第二名。此外，我们讨论了我们参与这种复杂的机器人挑战的经验教训。

位置敏感探测器（PSDS）提供了高精度跟踪单个活动标记的两个（或三个）自由（DOF）位置，同时具有高更新频率和低延迟的快速响应时间，所有使用非常简单的信号处理电路。然而，由于缺乏方向测量，有限的跟踪范围和对环境变化的敏感性，它们并不特别适用于6-DOF对象姿势跟踪系统。我们提出了一种新颖的6-DOF姿势跟踪系统，用于需要单个有效标记的刚性物体跟踪。所提出的系统使用立体声的PSD对和多个惯性测量单元（IMU）。这是基于实用的方法来识别和控制红外发光二极管（IR-LED）有源标记的功率，目的是增加跟踪工作空间并降低功耗。我们所提出的跟踪系统用三种不同的工作空间尺寸验证，使用具有三种不同动态运动模式的机器人臂操纵器进行静态和动态位置精度。结果表明，静态位置根均方（RMS）误差为0.6mm。动态位置rms误差为0.7-0.9mm。方向rms误差在不同动态运动时的0.04和0.9度之间。总的来说，我们所提出的跟踪系统能够在工作空间的中间范围和实验室设置下的所有工作空间的子度准确度下跟踪刚性物体姿势。

We present a novel single-shot interferometric ToF camera targeted for precise 3D measurements of dynamic objects. The camera concept is based on Synthetic Wavelength Interferometry, a technique that allows retrieval of depth maps of objects with optically rough surfaces at submillimeter depth precision. In contrast to conventional ToF cameras, our device uses only off-the-shelf CCD/CMOS detectors and works at their native chip resolution (as of today, theoretically up to 20 Mp and beyond). Moreover, we can obtain a full 3D model of the object in single-shot, meaning that no temporal sequence of exposures or temporal illumination modulation (such as amplitude or frequency modulation) is necessary, which makes our camera robust against object motion. In this paper, we introduce the novel camera concept and show first measurements that demonstrate the capabilities of our system. We present 3D measurements of small (cm-sized) objects with > 2 Mp point cloud resolution (the resolution of our used detector) and up to sub-mm depth precision. We also report a "single-shot 3D video" acquisition and a first single-shot "Non-Line-of-Sight" measurement. Our technique has great potential for high-precision applications with dynamic object movement, e.g., in AR/VR, industrial inspection, medical imaging, and imaging through scattering media like fog or human tissue.

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。

本文介绍了使用腿收割机进行精密收集任务的集成系统。我们的收割机在狭窄的GPS拒绝了森林环境中的自主导航和树抓取了一项挑战性的任务。提出了映射，本地化，规划和控制的策略，并集成到完全自主系统中。任务从使用定制的传感器模块开始使用人员映射感兴趣区域。随后，人类专家选择树木进行收获。然后将传感器模块安装在机器上并用于给定地图内的本地化。规划算法在单路径规划问题中搜索一个方法姿势和路径。我们设计了一个路径，后面的控制器利用腿的收割机的谈判粗糙地形的能力。在达接近姿势时，机器用通用夹具抓住一棵树。此过程重复操作员选择的所有树。我们的系统已经在与树干和自然森林中的测试领域进行了测试。据我们所知，这是第一次在现实环境中运行的全尺寸液压机上显示了这一自主权。

同时本地化和映射（SLAM）正在现实世界应用中部署，但是在许多常见情况下，许多最先进的解决方案仍然在困难。进步的SLAM研究的关键是高质量数据集的可用性以及公平透明的基准测试。为此，我们创建了Hilti-Oxford数据集，以将最新的SLAM系统推向其极限。该数据集面临着各种挑战，从稀疏和常规的建筑工地到17世纪的新古典建筑，并具有细节和弯曲的表面。为了鼓励多模式的大满贯方法，我们设计了一个具有激光雷达，五个相机和IMU（惯性测量单元）的数据收集平台。为了对精度和鲁棒性至关重要的任务进行基准测试量算法，我们实施了一种新颖的地面真相收集方法，使我们的数据集能够以毫米精度准确地测量SLAM姿势错误。为了进一步确保准确性，我们平台的外部设备通过微米精确的扫描仪进行了验证，并使用硬件时间同步在线管理时间校准。我们数据集的多模式和多样性吸引了大量的学术和工业研究人员进入第二版《希尔蒂·斯拉姆挑战赛》，该挑战于2022年6月结束。挑战的结果表明，尽管前三名团队可以实现准确性在某些序列中的2厘米或更高的速度中，性能以更困难的序列下降。

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。

事件摄像机最近在高动力或具有挑战性的照明情况下具有强大的常规摄像头的潜力，因此摄影机最近变得越来越受欢迎。通过同时定位和映射（SLAM）给出了可能受益于事件摄像机的重要问题。但是，为了确保在包含事件的多传感器大满贯上进展，需要新颖的基准序列。我们的贡献是使用包含基于事件的立体声摄像机，常规立体声摄像机，多个深度传感器和惯性测量单元的多传感器设置捕获的第一组基准数据集。该设置是完全硬件同步的，并且经过了准确的外部校准。所有序列都均均均均由高度准确的外部参考设备（例如运动捕获系统）捕获的地面真相数据。各个序列都包括小型和大型环境，并涵盖动态视觉传感器针对的特定挑战。

使用增强现实（AR）用于导航目的，这表明在手术手术过程中协助医生有益。这些应用通常需要知道外科手术工具和患者的姿势，以提供外科医生在任务执行过程中可以使用的视觉信息。现有的医学级跟踪系统使用放置在手术室内的红外摄像头（OR）来识别感兴趣的对象附加并计算其姿势的复古反射标记。一些市售的AR头式显示器（HMD）使用类似的摄像头进行自定位，手动跟踪和估算对象的深度。这项工作提出了一个使用AR HMD的内置摄像机来准确跟踪复古反射标记的框架，例如在手术过程中使用的标记，而无需集成任何其他组件。该框架还能够同时跟踪多个工具。我们的结果表明，横向翻译的准确度为0.09 +-0.06毫米，可以实现标记的跟踪和检测，纵向翻译的0.42 +-0.32 mm，绕垂直轴旋转的0.80 +-0.39 ver。此外，为了展示所提出的框架的相关性，我们在手术程序的背景下评估了系统的性能。该用例旨在在骨科过程中复制K-Wire插入的场景。为了进行评估，为两名外科医生和一名生物医学研究人员提供了视觉导航，每次都进行了21次注射。该用例的结果提供了与基于AR的导航程序报告的相当精度。

本文介绍了在线本地化和彩色网格重建（OLCMR）ROS感知体系结构，用于地面探索机器人，旨在在具有挑战性的未知环境中执行强大的同时定位和映射（SLAM），并实时提供相关的彩色3D网格表示。它旨在被远程人类操作员使用在任务或之后或之后轻松地可视化映射的环境，或作为在勘探机器人技术领域进行进一步研究的开发基础。该体系结构主要由精心挑选的基于激光雷达的SLAM算法的开源ROS实现以及使用点云和RGB摄像机图像投影到3D空间中的彩色表面重建过程。在较新的大学手持式LIDAR-VISION参考数据集上评估了整体表演，并在分别在城市和乡村户外环境中分别在代表性的车轮机器人上收集的两个实验轨迹。索引术语：现场机器人，映射，猛击，彩色表面重建