緊耦合LiDAR激光-IMU慣性-UWB測距里程計

近年來，由于3D LiDAR 成本和重量不斷的降低，在機(jī)器人領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。盡管有許多進(jìn)展，但是軌跡漂移和跟蹤失效仍然是這些系統(tǒng)中普遍存在的現(xiàn)象。

在理論上，可以利用環(huán)境中固定的路標(biāo)信息作為觀測來解決。因此提出一種基于超寬帶UWB，激光和慣性測量單元的緊耦合方案。首先，與機(jī)器人位姿相關(guān)的IMU、LiDAR和UWB的數(shù)據(jù)在滑動窗口中產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。隨后構(gòu)建代價函數(shù)融合來自UWB、LiDAR和IMU預(yù)積分的測量值。最后，執(zhí)行優(yōu)化過程以估計機(jī)器人的位置和姿態(tài)。通過一些現(xiàn)實(shí)世界實(shí)驗(yàn)證明了該方法可以有效地解決漂移問題，同時只需要在環(huán)境照顧中部署兩到三個定位標(biāo)簽。

• 背景與貢獻(xiàn)

在目前的自主導(dǎo)航方案中，由于近年來激光雷達(dá)的傳感器的成本和重量降低后，基于3D LiDAR的方案得到廣泛使用。最初雷達(dá)重量超過10公斤，數(shù)萬美元，因此大多數(shù)情況下只能用于大型自動轎車。相比之下，目前的一些商用產(chǎn)品只有幾百克的重量, 只需幾百美元。

對比于基于視覺的定位方案，采用激光雷達(dá)有更多優(yōu)勢。例如，雷達(dá)可以直接觀測公制的幾何特征，因此，他可以直接用于機(jī)器人的定位，而基于單目相機(jī)的視覺SLAM方案僅能夠提供模糊的尺度信息。相比于RGBD相機(jī)或視覺相機(jī)可以同時檢測到公制尺度特征，LiDAR具有更遠(yuǎn)的檢測范圍。盡管擁有上述優(yōu)點(diǎn)，由于環(huán)境中缺乏幾何特征，仍然會使LOAM系列的方案發(fā)生軌跡漂移。此外，在這些方法下，機(jī)器人只能估計相對于初始時刻的位置。這些問題在諸如3D結(jié)構(gòu)的檢查之類的應(yīng)用中非常不便。其中通常選擇所謂的世界坐標(biāo)系完成軌跡預(yù)測。一種方案是利用GPS融合LOAM算法。但是僅僅能夠在一些空曠區(qū)域有效。另外的方法是通過場景重識別或者回環(huán)檢測來矯正位姿漂移。在本文中通過使用從機(jī)器人到兩到三個UWB定位標(biāo)簽的測量值，矯正長時間導(dǎo)航中位置和姿態(tài)的漂移現(xiàn)象。

將靈活便捷的測距方案與激光-慣性里程計系統(tǒng)集成，以實(shí)現(xiàn)無漂移和全局的位姿估計。