Mobile robots should be aware of their situation, comprising the deep understanding of their surrounding environment along with the estimation of its own state, to successfully make intelligent decisions and execute tasks autonomously in real environments. 3D scene graphs are an emerging field of research that propose to represent the environment in a joint model comprising geometric, semantic and relational/topological dimensions. Although 3D scene graphs have already been combined with SLAM techniques to provide robots with situational understanding, further research is still required to effectively deploy them on-board mobile robots. To this end, we present in this paper a novel, real-time, online built Situational Graph (S-Graph), which combines in a single optimizable graph, the representation of the environment with the aforementioned three dimensions, together with the robot pose. Our method utilizes odometry readings and planar surfaces extracted from 3D LiDAR scans, to construct and optimize in real-time a three layered S-Graph that includes (1) a robot tracking layer where the robot poses are registered, (2) a metric-semantic layer with features such as planar walls and (3) our novel topological layer constraining the planar walls using higher-level features such as corridors and rooms. Our proposal does not only demonstrate state-of-the-art results for pose estimation of the robot, but also contributes with a metric-semantic-topological model of the environment


翻译:移动机器人应该了解他们的状况,包括深入了解周围环境,并估计自己的状态,以便成功地在现实环境中作出明智的决定和自主地执行任务。 3D场景图是一个新兴的研究领域,它提议在由几何、语义和关系/地形学等维度组成的联合模型中代表环境。虽然3D场景图已经与SLAM技术相结合,让机器人能够了解情况,但仍需进一步研究才能有效地在机上部署他们。为此,我们在本文件中提出一个新的、实时的、在线建造的情境图(S-Graph),该图以单一的可选图集、环境与上述三个维度的表述,以及机器人的构成。我们的方法利用3DLIDAR扫描中提取的odograde读和平面表面图,在实时中建造和优化一个三层S-Graph模型,其中包括:(1)机器人的定位,这是一个机器人的机器人跟踪层,(2)一个具有诸如平面墙壁和高壁图等特征的计量层图层,以及(3)我们的新表层结构图,只是用我们高层图层图的图层图,展示我们的表层图。

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