以下的内容来源于徐浩博士的一个讲座。
Xu Hao(徐浩)
主要内容:
- 从无人机单机智能到无人机集群
- 用于无人机集群的去中心化视觉一惯性-UWB相对定位
- Omni-Swarm:具有全局一致性的去中心化全向视觉-惯性-UWB无人机集群状态估计
- 分布式协同SLAM(Distributed Collaborative SLAM)基础和BDPGO(平衡分布式位姿图优化)
- $D^2$SLAM:去中心化和分布式无人机协同定位与建图(CSLAM)系统
- 总结和未来工作
主要依托的软硬件情况:
集群通讯(规模大后很复杂)wifi信息广播,mesh网络路由
中心式,依赖中心 地面站
区分去中心化,分布式 去中心化,没有中心节点但需要 分布式,可以有中心节点,分担计算和探索
联合定位,相对定位(避障) (互相看到,可以实现相对定位精度提升) 全局一致性(地图)
单目初始化 刚开始需要合适运动
uwb超宽带通讯,脉冲 测距,无定向信息,精度10厘米左右内 容易被遮挡和电子干扰 粗略定位
wifi, ns级别 无线随意网络 (Wireless ad hoc network)
vins-fusion实时VIO作为基础
无人机集群,无人机间很相似
(uwb测量需要相对运动)在uwb的粗略定位上,使用yolov3来对无人机进行区分(识别,跟踪),结合视觉信息来使得定位达到几厘米定位误差。
VIO长时间会飘,导致无法全局一致性
Omni-Swarm, 鱼眼相机(上下两个,每个FOV大约235°)扩大观察范围,地面特征点来快速初始化和全局定位。
VIO: vins-fisheye mobileNetVLAD全局描述子(关键帧) Superpoint特征描述子 Faiss建立全局描述子数据库 视觉前端适合使用神经网络,后端进行图优化
RACER:去中心化多无人机系统的快速协作探索
Zhou Boyu() realscene双目版本 优势:达到了精准的状态估计和全局一致性保障,基于地图的快速初始化 劣势:计算冗余,重复计算,对于大规模100架计算不过来 全局一致性(地图上使用),对于远距离的无人机间,具体是多远并不重要。
Distributed mapping with privacy and communication constraints.
BDPGO: balanced distributed pose graph optimization framework for swarm robotics 分布式优化,平衡计算量,计算时间优化
缺点:信息会有泄露
$D^2$SLAM: 无人机协作能力,拆分问题
传感器的尺寸大小重量和能源限制(SwaP)
近场状态估计(Near-field状态估计) 准确的相对状态估计,公共的视场,高带宽
离得远的时候不需要很高的相对定位精度,更重要的是全局地图一致性。
$D^2$VINS在长距离每个无人机都飘了,通过$D^2$PGO来进行相对距离判断
混合前端:例如草地场景,墙面(有一些纹理)
- superpoint用于多视角和多无人机间的匹配
- LK optical flow(光流):避免在稀疏特征环境下的自身运动估计失败
如果特征点遇到稀疏时,退化到VIO,此时单机可以坚持几分钟(1分钟没问题)到特征密集的地方 (雷达:狭窄的管道)
节省带宽,使用全局描述子,离得很近时就可以频繁交换信息。
point consensus: 特征点共识:关键帧姿势被分成不相交的集合。地标点的状态在代理之间共享。 需要共享点的状态:1. 巨大的通信量。2. 不适合逆深度参数化。
摄像头共识:1. 地标点被分成不相交的集合。2. 摄像头状态在代理之间共享 3. 更低通的信需求。 不适用于VIO,可能会将姿态分割给其他无人机。如果通信中断,不够稳健!
增加观测一致性 -> 改进的相机共识:
- 使用发现时间来分区特征点: 去中心化
- 引入仅自我运动特征和IMU残留,以允许局部状态在局部求解器中具有副本。
- 通讯中断时,退化为单无人机VIO:飞行安全。
对于双目上的应用,当FOV重叠很差的时候,就会很差。(算力充裕的话,上机建议采用4目)
缺点:通讯问题,空中宽带资源宝贵(定向发送,跳频技术)
未来发展的方向:
- 大规模环境;
- 当前3-5实际测试,10仿真,100-1000架协调;
- 多相机,多机组合,机器传感协同.
其他问题
双目相机,3-5米能保证精度。
对于IMU的要求并不高(如6500)。(scale,高帧率的连续测量)
飞控NXT PX4 穿越机大电流的干扰 受到碳纤维的干扰,对imu进行滤波,尤其是高频。
无线电不太准,视觉比较准。
机器人研究的功底:
- 数学理论创新;
- 工程实现,故事讲明白;
- 实际验证,仿真到现实。
顶会,问题有价值,做了实验。 做了仿真,先扣一分,看理论创新方面。