Decentralized cooperative localization (DCL) is a promising approach for nonholonomic mobile robots operating in GPS-denied environments with limited communication infrastructure. This paper presents a DCL framework in which each robot performs localization locally using an Extended Kalman Filter, while sharing measurement information during update stages only when communication links are available and companion robots are successfully detected by LiDAR. The framework preserves cross-correlation consistency among robot state estimates while handling asynchronous sensor data with heterogeneous sampling rates and accommodating accelerations during dynamic maneuvers. Unlike methods that require pre-aligned coordinate systems, the proposed approach allows robots to initialize with arbitrary reference-frame orientations and achieves automatic alignment through transformation matrices in both the prediction and update stages. To improve robustness in feature-sparse environments, we introduce a dual-landmark evaluation framework that exploits both static environmental features and mobile robots as dynamic landmarks. The proposed framework enables reliable detection and feature extraction during sharp turns, while prediction accuracy is improved through information sharing from mutual observations. Experimental results in both Gazebo simulation and real-world basement environments show that DCL outperforms centralized cooperative localization (CCL), achieving a 34% reduction in RMSE, while the dual-landmark variant yields an improvement of 56%. These results demonstrate the applicability of DCL to challenging domains such as enclosed spaces, underwater environments, and feature-sparse terrains where conventional localization methods are ineffective.


翻译:分布式协同定位(DCL)是一种适用于在GPS拒止且通信基础设施有限的环境中运行的非完整移动机器人的有前景的方法。本文提出了一种DCL框架,其中每个机器人使用扩展卡尔曼滤波器在本地执行定位,仅在通信链路可用且LiDAR成功检测到同伴机器人时,在更新阶段共享测量信息。该框架保持了机器人状态估计之间的互相关一致性,同时处理具有异构采样率的异步传感器数据,并适应动态机动期间的加速度。与需要预对齐坐标系的方法不同,所提出的方法允许机器人以任意参考系方向初始化,并通过预测和更新阶段中的变换矩阵实现自动对齐。为了提高特征稀疏环境中的鲁棒性,我们引入了一种双路标评估框架,该框架同时利用静态环境特征和移动机器人作为动态路标。所提出的框架能够在急转弯期间实现可靠的检测和特征提取,同时通过相互观测的信息共享提高了预测精度。在Gazebo仿真和真实世界地下环境中的实验结果表明,DCL优于集中式协同定位(CCL),实现了34%的均方根误差降低,而双路标变体则带来了56%的改进。这些结果证明了DCL在封闭空间、水下环境和特征稀疏地形等传统定位方法无效的挑战性领域中的适用性。

0
下载
关闭预览

相关内容

《空基机器人系统的传感器融合技术》美陆军最新58页
专知会员服务
30+阅读 · 2025年4月20日
无人自主系统分布式协同控制研究综述
专知会员服务
36+阅读 · 2024年8月26日
面向复杂多任务的异构无人机集群分组调配
专知会员服务
44+阅读 · 2024年3月12日
有人/无人机协同系统及关键技术综述
专知会员服务
154+阅读 · 2023年10月8日
自动驾驶高精度定位如何在复杂环境进行
智能交通技术
18+阅读 · 2019年9月27日
国外有人/无人平台协同作战概述
无人机
122+阅读 · 2019年5月28日
基于车路协同的群体智能协同
智能交通技术
10+阅读 · 2019年1月23日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
24+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
27+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2010年12月31日
VIP会员
相关基金
国家自然科学基金
11+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
24+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
27+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2010年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员