超宽带（UWB）基于到达的时间差异（TDOA）的定位最近已成为一种有希望的，低成本和可扩展的室内定位解决方案，这特别适合多机器人应用。但是，似乎缺乏公共数据集来基准在混乱的室内环境中新兴的UWB TDOA定位技术。为了填补这一空白，我们提供了一个全面的数据集由UWB TDOA识别实验和基于DeCawave的DWM1000 UWB模块的飞行实验组成。在识别实验中，我们在各种视线（LOS）和非线（NLOS）条件下收集了低级信号信息，包括信噪比（SNR）和功率差值。对于飞行实验，我们使用四个不同的锚点进行了累积的$ \ sim $ 150分钟的现实飞行，平均速度为0.45 m/s。在飞行过程中收集了包括UWB TDOA，惯性测量单元（IMU），光流，飞行时间（TOF）激光器和毫米精度的地面真相数据在内的原始传感器数据。数据集和开发套件可在https://utiasdsl.github.io/util-uwb-dataset/上获得。
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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。
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机器人的本地化对于导航和路径计划至关重要，例如需要环境地图的情况。多年来，由于引入低成本UWB模块提供了厘米级的准确性，多年来，用于室内位置系统的Ultra Wideband（UWB）一直在越来越受欢迎。但是，在环境中存在障碍的情况下，UWB的非视线（NLOS）测量将产生不准确的结果。由于低成本UWB设备不提供渠道信息，因此我们提出了一种方法来决定测量是否在视线（LOS）之内（NN）模型。该模型的结果是测量值是LOS的概率，该测量是通过加权最高方（WLS）方法定位的。我们的方法在大厅测试数据中将本地化精度提高了16.93％，使用从办公室培训数据中提取的所有输入的NN模型，在走廊测试数据上，将本地化精度提高了16.93％。
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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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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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移动机器人和无人机的异构团队在对环境的自主探索方面提供了可观的好处。然而，尽管广泛讨论了此类系统的联合勘探方案，但它们仍未对无人机对接过程中外部条件变化和群体断层的适应性低。当一个代理商失去其位置信号时，我们提出了一种基于视觉的无人机群对接系统，以在移动平台上稳健地着陆。拟议的蜂鹰系统依靠基于视觉的检测来进行移动平台跟踪和导航其代理。群的每架无人机都带有RGB摄像头和APRILTAG3 QR代码标记。 Swarmhawk可以在两种操作模式之间切换，在全球无人机本地化的情况下充当均匀的群，或者在一个无人机或全球本地化故障中出现相机故障的情况下，将领导者的无人机指向其邻居。进行了两项实验，以通过静态和移动平台在全球和本地定位下评估Swarmhawk的性能。实验结果表明，静态移动平台上的群体着陆任务具有足够的准确性（均匀地层的4.2 cm误差为4.2厘米，领导者 - 追随者形成中的1.9厘米）和移动平台（同质地层中的6.9厘米和4.7 cm的误差为6.9 cm，在4.7 cm中的误差领导者追随者组）。此外，无人机在领导者追随者组中沿着复杂的轨迹（平均误差为19.4 cm）移动的平台上显示出良好的降落。拟议的蜂鹰技术可以潜在地应用于各种群情景中，包括复杂的环境勘探，检查和无人机交付。
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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。
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在过去的几年中，同时定位和映射（SLAM）的研究取得了出色的进步。如今，SLAM系统正在从学术到现实世界的应用过渡。但是，这种过渡在准确性和鲁棒性方面提出了新的挑战。为了开发可以解决这些挑战的新的SLAM系统，需要新的包含尖端硬件和现实情况的数据集。我们提出了HILTI SLAM挑战数据集。我们的数据集包含室内序列，实验室，建筑环境以及建筑工地和停车区的室外序列。所有这些序列的特征是无特征区域和不同的照明条件，这些条件在现实世界中典型，并对在密封实验室环境中开发的算法构成了巨大的挑战。每个序列都提供了准确的稀疏地面真相，以毫米水平为毫米。用于记录数据的传感器平台包括许多视觉，激光雷达和惯性传感器，它们在空间和时间上进行了校准。该数据集的目的是促进传感器融合的研究，以开发可以在需要高准确性和鲁棒性（例如在施工环境中）部署的SLAM算法。许多学术和工业团体在HILTI SLAM挑战中的拟议数据集上测试了他们的SLAM系统。本文总结的挑战结果表明，拟议的数据集是准备在现实世界中部署的新SLAM算法开发的重要资产。
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我们引入了一种新型技术和相关的高分辨率数据集，旨在精确评估基于无线信号的室内定位算法。该技术实现了基于增强的现实（AR）定位系统，该系统用于注释具有高精度位置数据的无线信号参数数据样本。我们在装饰有AR标记的区域中跟踪实用且低成本的可导航相机设置和蓝牙低能（BLE）信标的位置。我们通过使用冗余数字标记来最大程度地提高基于AR的本地化的性能。相机捕获的视频流经过一系列标记识别，子集选择和过滤操作，以产生高度精确的姿势估计。我们的结果表明，我们可以将AR定位系统的位置误差降低到0.05米以下的速率。然后，将位置数据用于注释BLE数据，这些数据由驻扎在环境中的传感器同时捕获，因此，构建具有接地真相的无线信号数据集，该数据集允许准确评估基于无线信号的本地化系统。
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对不利环境中的行人无处不在的定位服务了很长的挑战。尽管深入学习的戏剧性进展，但多传感器深度测量系统却带来了高计算成本并随着时间的推移遭受累积漂移的错误。由于边缘设备的计算能力越来越多，我们通过在边缘与EKF（扩展卡尔曼滤波器） - 欧拉后端集成了最新的深径测量模型，提出了一种新的无处不在的定位解决方案。我们仔细比较并选择三个传感器模式，即惯性测量单元（IMU），毫米波（MMWAVE）雷达和热红外摄像机，并实现实时运行的深度内径推理引擎。提出了考虑精度，复杂性和边缘平台的深度径流的管道。我们设计一个Lora链接，用于定位数据回程，并将深度内径仪的聚合位置投影到全局框架中。我们发现简单的基于EKF的融合模块足以用于通用定位校准，具有超过34％的精度增长，针对任何独立的深径测量系统。不同环境的广泛测试验证了我们所提出的定位系统的效率和功效。
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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。
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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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确定高精度和可扩展性的资产位置是市场上最多的调查技术之一。当需要抽取量级精度或需要在室内环境中运行时，基于卫星的定位系统（即GLONASS或GLILEO）提供的基于卫星的定位系统（即GLONASS或GALILEO）的准确性并不总是足够的。在处理室内定位系统时，可扩展性也是一种反复出现的问题。本文介绍了一种创新的UWB室内GPS，可以追踪任意数量的资产而不降低测量更新率。为了提高系统的准确性，研究了数学模型和不确定性源。结果突出了所提出的实施方式提供定位信息，其中最大误差低于20厘米。由于DTDOA传输机制，也解决了不需要从资产被跟踪的活动作用的可扩展性。
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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。
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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.
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纳米大小的无人机具有探索未知和复杂环境的巨大潜力。它们的尺寸很小，使它们敏捷且安全地靠近人类，并使他们能够穿过狭窄的空间。但是，它们的尺寸很小和有效载荷限制了板载计算和传感的可能性，从而使完全自主的飞行极具挑战性。迈向完全自主权的第一步是可靠的避免障碍，这在通用的室内环境中被证明在技术上具有挑战性。当前的方法利用基于视觉或一维传感器来支持纳米无人机感知算法。这项工作为基于新颖的毫米尺寸64像素多区域飞行时间（TOF）传感器和通用的无模型控制策略提供了轻巧的避免障碍系统。报告的现场测试基于Crazyflie 2.1，该测试由定制的多区TOF甲板扩展，总质量为35克。该算法仅使用0.3％的车载处理能力（210US执行时间），帧速率为15fps，为许多未来应用提供了绝佳的基础。运行提出的感知系统（包括抬起和操作传感器）所需的总无人机功率不到10％。在通用且以前未开发的室内环境中，提出的自动纳米大小无人机以0.5m/s的速度达到100％可靠性。所提出的系统释放出具有广泛数据集的开源，包括TOF和灰度摄像头数据，并与运动捕获中的无人机位置地面真相结合在一起。
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This paper presents the development of a system able to estimate the 2D relative position of nodes in a wireless network, based on distance measurements between the nodes. The system uses ultra wide band ranging technology and the Bluetooth Low Energy protocol to acquire data. Furthermore, a nonlinear least squares problem is formulated and solved numerically for estimating the relative positions of the nodes. The localization performance of the system is validated by experimental tests, demonstrating the capability of measuring the relative position of a network comprised of 4 nodes with an accuracy of the order of 3 cm and an update rate of 10 Hz. This shows the feasibility of applying the proposed system for multi-robot cooperative localization and formation control scenarios.
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在过去的十年中，自动驾驶航空运输车辆引起了重大兴趣。这是通过空中操纵器和新颖的握手的技术进步来实现这一目标的。此外，改进的控制方案和车辆动力学能够更好地对有效载荷进行建模和改进的感知算法，以检测无人机（UAV）环境中的关键特征。在这项调查中，对自动空中递送车辆的技术进步和开放研究问题进行了系统的审查。首先，详细讨论了各种类型的操纵器和握手，以及动态建模和控制方法。然后，讨论了降落在静态和动态平台上的。随后，诸如天气状况，州估计和避免碰撞之类的风险以确保安全过境。最后，调查了交付的UAV路由，该路由将主题分为两个领域：无人机操作和无人机合作操作。
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Efficient localization plays a vital role in many modern applications of Unmanned Ground Vehicles (UGV) and Unmanned aerial vehicles (UAVs), which would contribute to improved control, safety, power economy, etc. The ubiquitous 5G NR (New Radio) cellular network will provide new opportunities for enhancing localization of UAVs and UGVs. In this paper, we review the radio frequency (RF) based approaches for localization. We review the RF features that can be utilized for localization and investigate the current methods suitable for Unmanned vehicles under two general categories: range-based and fingerprinting. The existing state-of-the-art literature on RF-based localization for both UAVs and UGVs is examined, and the envisioned 5G NR for localization enhancement, and the future research direction are explored.
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去中心化的国家估计是GPS贬低的地区自动空中群体系统中最基本的组成部分之一，但它仍然是一个极具挑战性的研究主题。本文提出了Omni-swarm，一种分散的全向视觉惯性-UWB状态估计系统，用于解决这一研究利基市场。为了解决可观察性，复杂的初始化，准确性不足和缺乏全球一致性的问题，我们在Omni-warm中引入了全向感知前端。它由立体宽型摄像机和超宽带传感器，视觉惯性探测器，基于多无人机地图的本地化以及视觉无人机跟踪算法组成。前端的测量值与后端的基于图的优化融合在一起。所提出的方法可实现厘米级的相对状态估计精度，同时确保空中群中的全球一致性，这是实验结果证明的。此外，在没有任何外部设备的情况下，可以在全面的无人机间碰撞方面支持，表明全旋转的潜力是自动空中群的基础。
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