論文の概要: Tightly-Coupled LiDAR-IMU-Wheel Odometry with Online Calibration of a Kinematic Model for Skid-Steering Robots
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.02515v2
- Date: Thu, 5 Sep 2024 08:40:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-07 03:32:18.969654
- Title: Tightly-Coupled LiDAR-IMU-Wheel Odometry with Online Calibration of a Kinematic Model for Skid-Steering Robots
- Title（参考訳）: スキッドステアリングロボットの運動モデルのオンライン校正による高結合LiDAR-IMU-Wheelオドメトリー
- Authors: Taku Okawara, Kenji Koide, Shuji Oishi, Masashi Yokozuka, Atsuhiko Banno, Kentaro Uno, Kazuya Yoshida,
- Abstract要約: トンネルと長い廊下は、これらの環境でLiDARポイントクラウドが縮退するので、移動ロボットにとって困難な環境である。
本研究では,スキッドステアリングロボットのオンラインキャリブレーションを用いた,密結合型LiDAR-IMUホイールオドメトリーアルゴリズムを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 18.94074811198885
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Tunnels and long corridors are challenging environments for mobile robots because a LiDAR point cloud should degenerate in these environments. To tackle point cloud degeneration, this study presents a tightly-coupled LiDAR-IMU-wheel odometry algorithm with an online calibration for skid-steering robots. We propose a full linear wheel odometry factor, which not only serves as a motion constraint but also performs the online calibration of kinematic models for skid-steering robots. Despite the dynamically changing kinematic model (e.g., wheel radii changes caused by tire pressures) and terrain conditions, our method can address the model error via online calibration. Moreover, our method enables an accurate localization in cases of degenerated environments, such as long and straight corridors, by calibration while the LiDAR-IMU fusion sufficiently operates. Furthermore, we estimate the uncertainty (i.e., covariance matrix) of the wheel odometry online for creating a reasonable constraint. The proposed method is validated through three experiments. The first indoor experiment shows that the proposed method is robust in severe degeneracy cases (long corridors) and changes in the wheel radii. The second outdoor experiment demonstrates that our method accurately estimates the sensor trajectory despite being in rough outdoor terrain owing to online uncertainty estimation of wheel odometry. The third experiment shows the proposed online calibration enables robust odometry estimation in changing terrains.
- Abstract（参考訳）: トンネルと長い廊下は、これらの環境でLiDARポイントクラウドが縮退するので、移動ロボットにとって困難な環境である。
そこで本研究では,スイドステアリングロボットのオンラインキャリブレーションを用いたLiDAR-IMU-wheel odometryアルゴリズムを提案する。
運動制約として機能するだけでなく,スキッドステアリングロボットのキネマティックモデルのオンラインキャリブレーションも行う。
動的に変化する運動モデル(例えばタイヤ圧力による車輪半径の変化)と地形条件にもかかわらず,本手法はオンラインキャリブレーションによるモデル誤差に対処できる。
さらに,LiDAR-IMU融合が十分に作動している間のキャリブレーションにより,長い廊下や直線廊下などの劣化環境の正確な位置決めが可能となった。
さらに、合理的な制約を作成するために、車輪のオドメトリーの不確実性(すなわち共分散行列)をオンラインで推定する。
提案手法は3つの実験により検証した。
最初の室内実験では、本手法は重度縮退例(長い回廊)において頑健であり、車輪半径の変化が認められた。
第2回屋外実験では, 車輪形状のオンライン不確実性評価により, 屋外の荒地において, センサの軌跡を正確に推定できることが実証された。
第3の実験では、提案したオンラインキャリブレーションにより、地形変化におけるロバストなオドメトリー推定が可能となった。
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