Aligning a robot's trajectory or map to the inertial frame is a critical capability that is often difficult to do accurately even though inertial measurement units (IMUs) can observe absolute roll and pitch with respect to gravity. Accelerometer biases and scale factor errors from the IMU's initial calibration are often the major source of inaccuracies when aligning the robot's odometry frame with the inertial frame, especially for low-grade IMUs. Practically, one would simultaneously estimate the true gravity vector, accelerometer biases, and scale factor to improve measurement quality but these quantities are not observable unless the IMU is sufficiently excited. While several methods estimate accelerometer bias and gravity, they do not explicitly address the observability issue nor do they estimate scale factor. We present a fixed-lag factor-graph-based estimator to address both of these issues. In addition to estimating accelerometer scale factor, our method mitigates limited observability by optimizing over a time window an order of magnitude larger than existing methods with significantly lower computational burden. The proposed method, which estimates accelerometer intrinsics and gravity separately from the other states, is enabled by a novel, velocity-agnostic measurement model for intrinsics and gravity, as well as a new method for gravity vector optimization on S2. Accurate IMU state prediction, gravity-alignment, and roll/pitch drift correction are experimentally demonstrated on public and self-collected datasets in diverse environments.


翻译:将机器人的轨迹或地图与惯性框架对齐是一个关键的能力,尽管惯性测量单位(IMUs)能够观察到绝对滚动和倾斜度,但通常很难精确地将机器人的轨迹或地图与惯性框架对齐,特别是对于低级IMU而言,这种能力往往是一种关键能力。即使惯性测量单位(IMU)能够观察到绝对滚动和倾斜度,但这种能力也往往很难准确进行。IMU初始校准的加速度偏差和比例系数差往往是使机器人的惯性框架与惯性框架对齐的主要不准确性来源,特别是对于低级IMUs而言。实际上,人们同时估计真正的重力矢量、加速度偏差和比例系数系数系数系数是十分困难的,但是除非IMUMUs有足够的动力,这些数量是无法观察到的。虽然有几种方法估计加速度表偏差偏差偏差偏差和重度偏重度,但是它们并不精确度的偏差。我们提出了一个基于固定的延迟系数的测算法,用来从新的精确度和精确度测重力方法来估算新的精确度。</s>

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