紧耦合LiDAR激光-IMU惯性-UWB测距里程计

近年来，由于3D LiDAR 成本和重量不断的降低，在机器人领域中得到广泛的应用。尽管有许多进展，但是轨迹漂移和跟踪失效仍然是这些系统中普遍存在的现象。

在理论上，可以利用环境中固定的路标信息作为观测来解决。因此提出一种基于超宽带UWB，激光和惯性测量单元的紧耦合方案。首先，与机器人位姿相关的IMU、LiDAR和UWB的数据在滑动窗口中产生关联。随后构建代价函数融合来自UWB、LiDAR和IMU预积分的测量值。最后，执行优化过程以估计机器人的位置和姿态。通过一些现实世界实验证明了该方法可以有效地解决漂移问题，同时只需要在环境照顾中部署两到三个定位标签。

• 背景与贡献

在目前的自主导航方案中，由于近年来激光雷达的传感器的成本和重量降低后，基于3D LiDAR的方案得到广泛使用。最初雷达重量超过10公斤，数万美元，因此大多数情况下只能用于大型自动轿车。相比之下，目前的一些商用产品只有几百克的重量, 只需几百美元。

对比于基于视觉的定位方案，采用激光雷达有更多优势。例如，雷达可以直接观测公制的几何特征，因此，他可以直接用于机器人的定位，而基于单目相机的视觉SLAM方案仅能够提供模糊的尺度信息。相比于RGBD相机或视觉相机可以同时检测到公制尺度特征，LiDAR具有更远的检测范围。尽管拥有上述优点，由于环境中缺乏几何特征，仍然会使LOAM系列的方案发生轨迹漂移。此外，在这些方法下，机器人只能估计相对于初始时刻的位置。这些问题在诸如3D结构的检查之类的应用中非常不便。其中通常选择所谓的世界坐标系完成轨迹预测。一种方案是利用GPS融合LOAM算法。但是仅仅能够在一些空旷区域有效。另外的方法是通过场景重识别或者回环检测来矫正位姿漂移。在本文中通过使用从机器人到两到三个UWB定位标签的测量值，矫正长时间导航中位置和姿态的漂移现象。

将灵活便捷的测距方案与激光-惯性里程计系统集成，以实现无漂移和全局的位姿估计。