An accurate odometry is essential for legged-wheel robots operating in unstructured terrains such as bumpy roads and staircases. Existing methods often suffer from pose drift due to their ignorance of terrain geometry. We propose a terrain-awared LiDAR-Inertial odometry (LIO) framework that approximates the terrain using Radial Basis Functions (RBF) whose centers are adaptively selected and weights are recursively updated. The resulting smooth terrain manifold enables ``soft constraints" that regularize the odometry optimization and mitigates the $z$-axis pose drift under abrupt elevation changes during robot's maneuver. To ensure the LIO's real-time performance, we further evaluate the RBF-related terms and calculate the inverse of the sparse kernel matrix with GPU parallelization. Experiments on unstructured terrains demonstrate that our method achieves higher localization accuracy than the state-of-the-art baselines, especially in the scenarios that have continuous height changes or sparse features when abrupt height changes occur.


翻译:精确的里程计对于在非结构化地形(如颠簸道路和楼梯)中运行的腿轮式机器人至关重要。现有方法由于忽略地形几何结构,常存在位姿漂移问题。我们提出一种地形感知的激光雷达-惯性里程计框架,该框架使用径向基函数逼近地形,其中心点自适应选择且权重递归更新。生成的平滑地形流形能够形成"软约束",从而正则化里程计优化过程,并缓解机器人在机动过程中因高程突变引起的$z$轴位姿漂移。为确保激光雷达-惯性里程计的实时性能,我们进一步通过GPU并行化评估径向基函数相关项并计算稀疏核矩阵的逆矩阵。在非结构化地形上的实验表明,本方法相比现有先进基线实现了更高的定位精度,特别是在发生高度突变时存在连续高度变化或特征稀疏的场景中。

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