Multi-Robot Relative Pose Estimation and IMU Preintegration Using Passive UWB Transceivers

要約

超広帯域(UWB)システムは、ロボット間の測距・通信手段としてますます普及している。UWBに関連する主な制約は、干渉を避けるために一度に1組のUWBトランシーバしか測距できないことであり、UWBベースの測距のスケーラビリティを妨げている。本論文では、ロボットの役割に階層的な制限を設けることなく、すべてのロボットが近隣の通信ロボットを受動的にリッスンできるレンジングプロトコルを提案する。これは、各ロボットがより多くの測距値を取得し、SE2(3)上で直接、相対的な拡張姿勢状態推定のために事前に統合された慣性計測ユニット(IMU)の測定値をブロードキャストできるようにするために利用される。その結果、オンマニホールド拡張カルマンフィルタ(EKF)を用いたクロック同期・相対姿勢同時推定器(CSRPE)が定式化され、最大7台のロボットについてモンテカルロ計算によるシミュレーションで評価された。この測距プロトコルは、3台のクアッドコプターに搭載されたカスタムメイドのUWBボード上にC言語で実装され、提案されたフィルタは、複数の実験的トライアルで評価され、最大48％のローカライゼーション精度の向上をもたらした。

要約(オリジナル)

Ultra-wideband (UWB) systems are becoming increasingly popular as a means of inter-robot ranging and communication. A major constraint associated with UWB is that only one pair of UWB transceivers can range at a time to avoid interference, hence hindering the scalability of UWB-based localization. In this paper, a ranging protocol is proposed that allows all robots to passively listen on neighbouring communicating robots without any hierarchical restrictions on the role of the robots. This is utilized to allow each robot to obtain more range measurements and to broadcast preintegrated inertial measurement unit (IMU) measurements for relative extended pose state estimation directly on SE2(3). Consequently, a simultaneous clock-synchronization and relative-pose estimator (CSRPE) is formulated using an on-manifold extended Kalman filter (EKF) and is evaluated in simulation using Monte-Carlo runs for up to 7 robots. The ranging protocol is implemented in C on custom-made UWB boards fitted to 3 quadcopters, and the proposed filter is evaluated over multiple experimental trials, yielding up to 48% improvement in localization accuracy.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, DeepL