使用低成本机器人团队在GPS拒止城市环境中基于地标的分布式拓扑建图与导航

在本文中，我们解决了使用装备有定向传感器、感知能力有限且计算资源受限的机器人群，在未知、GPS拒止的室内或城市环境中进行自主多机器人建图、探索与导航的问题。机器人对环境没有先验知识，需要使用现有地标以分布式方式快速探索和构建地图，这些地标的存在可通过机载传感器检测，尽管几乎无法获得度量信息（到地标的距离或方位）。为了正确且有效地实现这一点，通过城市/室内环境的设计确保了必要密度/分布的地标存在。因此我们分两个阶段解决该问题：1）在城市/室内环境的设计/建造期间，可确保环境内放置了充足的地标。为此，我们开发了一种基于滤波的方法，用于环境中地标的策略性布置设计。2）我们开发了一种分布式算法，使得对环境无先验知识的机器人团队能够探索此类环境，构建不需要度量/距离信息的拓扑地图，并利用该地图在环境中导航。这是通过使用环境的拓扑表示（称为地标复形）而非构建完整的度量/像素地图来实现的。该表示由机器人构建，并通过对探索与利用的平衡用于其导航。我们使用同调论工具来识别未知环境覆盖/探索中的“孔洞”，从而引导机器人实现环境的完整探索与建图。