Multi-robot simultaneous localization and mapping (SLAM) enables a robot team to achieve coordinated tasks relying on a common map. However, centralized processing of robot observations is undesirable because it creates a single point of failure and requires pre-existing infrastructure and significant multi-hop communication throughput. This paper formulates multi-robot object SLAM as a variational inference problem over a communication graph. We impose a consensus constraint on the objects maintained by different nodes to ensure agreement on a common map. To solve the problem, we develop a distributed mirror descent algorithm with a regularization term enforcing consensus. Using Gaussian distributions in the algorithm, we derive a distributed multi-state constraint Kalman filter (MSCKF) for multi-robot object SLAM. Experiments on real and simulated data show that our method improves the trajectory and object estimates, compared to individual-robot SLAM, while achieving better scaling to large robot teams, compared to centralized multi-robot SLAM. Code is available at https://github.com/intrepidChw/distributed_msckf.


翻译:多机器人同时定位与地图构建(SLAM)使机器人团队能够基于共同地图实现协同任务。然而,对机器人观测进行集中处理并不可取,因为这会形成单点故障,且需要预先部署基础设施并具备显著的多跳通信吞吐量。本文将多机器人物体SLAM表述为通信图上的变分推理问题。我们对不同节点维护的物体施加一致性约束,以确保共同地图的一致性。为解决该问题,我们提出了一种引入一致性正则化项的分布式镜像下降算法。通过在该算法中使用高斯分布,我们推导出适用于多机器人物体SLAM的分布式多状态约束卡尔曼滤波器(MSCKF)。在真实数据与仿真数据上的实验表明,与单机器人SLAM相比,我们的方法提升了轨迹与物体估计精度;相较于集中式多机器人SLAM,该方法在扩展至大型机器人团队时展现出更优的扩展性。代码下载地址:https://github.com/intrepidChw/distributed_msckf

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即时定位与地图构建(SLAM或Simultaneouslocalizationandmapping)是这样一种技术:使得机器人和自动驾驶汽车等设备能在未知环境(没有先验知识的前提下)建立地图,或者在已知环境(已给出该地图的先验知识)中能更新地图,并保证这些设备能在同时追踪它们的当前位置。
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