Kinematic-ICP: Enhancing LiDAR Odometry with Kinematic Constraints for Wheeled Mobile Robots Moving on Planar Surfaces

要約

Lidar odometryは、3Dマッピング、ナビゲーション、同時ローカリゼーションとマッピングなど、多くのロボットアプリケーションに不可欠です。
Lidar odometryシステムは通常、モバイルロボットのエゴモーションを計算するための何らかの形のポイントクラウド登録に基づいています。
しかし、ポイントクラウドのアラインメント中に、今日のLidar odometryシステムのほとんどは、ドメイン固有の知識またはモバイルプラットフォームの運動モデルを考慮しています。
このホワイトペーパーでは、3Dライダーを装備し、平面表面を装備した車輪付きモバイルロボットに焦点を当てたLidar odometryシステムである運動学ICPを紹介します。これは、倉庫、オフィス、病院などの一般的な仮定です。
従来のポイントツーポイント反復的な最も近いポイントスキームの最適化内の制約。
このようにして、結果として生じる動きは、プラットフォームの運動学的制約に従い、ロボットのホイール臭気と3Dライダー観測を効果的に活用します。
最適化スキームにおけるLidar測定とホイール臭トメリトリーの影響を動的に調整し、システムが機能型の廊下などの縮退シナリオを処理できるようにします。
大規模な倉庫環境で動作するロボットに関するアプローチを評価しますが、屋外でも評価します。
この実験は、私たちのアプローチがトップパフォーマンスを達成し、ホイール臭トメトリーや一般的なLidar臭気システムよりも正確であることを示しています。
Kinematic-ICPは、最近、顧客のサイトで世界中の倉庫で動作するロボットのデキソリー艦隊に展開されており、完全なナビゲーションスタックとともにこの方法が現実の世界で実行できることを示しています。

要約(オリジナル)

LiDAR odometry is essential for many robotics applications, including 3D mapping, navigation, and simultaneous localization and mapping. LiDAR odometry systems are usually based on some form of point cloud registration to compute the ego-motion of a mobile robot. Yet, few of today’s LiDAR odometry systems consider domain-specific knowledge or the kinematic model of the mobile platform during the point cloud alignment. In this paper, we present Kinematic-ICP, a LiDAR odometry system that focuses on wheeled mobile robots equipped with a 3D LiDAR and moving on a planar surface, which is a common assumption for warehouses, offices, hospitals, etc. Our approach introduces kinematic constraints within the optimization of a traditional point-to-point iterative closest point scheme. In this way, the resulting motion follows the kinematic constraints of the platform, effectively exploiting the robot’s wheel odometry and the 3D LiDAR observations. We dynamically adjust the influence of LiDAR measurements and wheel odometry in our optimization scheme, allowing the system to handle degenerate scenarios such as feature-poor corridors. We evaluate our approach on robots operating in large-scale warehouse environments, but also outdoors. The experiments show that our approach achieves top performances and is more accurate than wheel odometry and common LiDAR odometry systems. Kinematic-ICP has been recently deployed in the Dexory fleet of robots operating in warehouses worldwide at their customers’ sites, showing that our method can run in the real world alongside a complete navigation stack.

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