Search and rescue with a team of heterogeneous mobile robots in unknown and large-scale underground environments requires high-precision localization and mapping. This crucial requirement is faced with many challenges in complex and perceptually-degraded subterranean environments, as the onboard perception system is required to operate in off-nominal conditions (poor visibility due to darkness and dust, rugged and muddy terrain, and the presence of self-similar and ambiguous scenes). In a disaster response scenario and in the absence of prior information about the environment, robots must rely on noisy sensor data and perform Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) to build a 3D map of the environment and localize themselves and potential survivors. To that end, this paper reports on a multi-robot SLAM system developed by team CoSTAR in the context of the DARPA Subterranean Challenge. We extend our previous work, LAMP, by incorporating a single-robot front-end interface that is adaptable to different odometry sources and lidar configurations, a scalable multi-robot front-end to support inter- and intra-robot loop closure detection for large scale environments and multi-robot teams, and a robust back-end equipped with an outlier-resilient pose graph optimization based on Graduated Non-Convexity. We provide a detailed ablation study on the multi-robot front-end and back-end, and assess the overall system performance in challenging real-world datasets collected across mines, power plants, and caves in the United States. We also release our multi-robot back-end datasets (and the corresponding ground truth), which can serve as challenging benchmarks for large-scale underground SLAM.


翻译:在未知和大范围的地下环境中,由各种移动机器人组成的团队搜索和救援,需要高度精密的定位和绘图。这一关键要求在复杂和感知退化的地下环境中面临许多挑战,因为机上感知系统需要在非名义条件下运行(由于黑暗和灰尘、崎岖和泥土地形以及存在自相矛盾和模糊的场景,造成可见度差,以及存在自相矛盾的场景)。在灾害应对假设中,在缺乏关于环境的事先信息的情况下,机器人必须依靠噪音感应数据,并进行同步本地化和绘图(SLAM),以构建一个环境图3D地图,使自己和潜在幸存者本地化。为此,本文报告了由CoSTAR团队在DARPA 地表挑战背景下开发的多机器人SLAM系统。我们扩展了我们以前的工作LAMP,为此采用了一个单一机器人前端界面界面界面界面界面接口,可以适应不同的后方感应变电量源和内部配置,一个可升级的多频级前端定位前端定位和绘图(SLAM ) 用于支持大型地面和地平流系统内部测试。

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