Ultra-wideband (UWB) systems are becoming increasingly popular as a means of inter-robot ranging and communication. A major constraint associated with UWB is that only one pair of UWB transceivers can range at a time to avoid interference, hence hindering the scalability of UWB-based localization. In this paper, a ranging protocol is proposed that allows all robots to passively listen on neighbouring communicating robots without any hierarchical restrictions on the role of the robots. This is utilized to allow each robot to obtain more range measurements and to broadcast preintegrated inertial measurement unit (IMU) measurements for relative extended pose state estimation directly on SE_2(3). Consequently, a simultaneous clock-synchronization and relative-pose estimator (CSRPE) is formulated using an on-manifold extended Kalman filter (EKF) and is evaluated in simulation using Monte-Carlo runs for up to 7 robots. The ranging protocol is implemented in C on custom-made UWB boards fitted to 3 quadcopters, and the proposed filter is evaluated over multiple experimental trials, yielding up to 56% improvement in localization accuracy.


翻译:超宽带(UWB)系统正越来越受欢迎作为机器人之间的测距和通信手段。 UWB的一个重要约束是每次只有一对UWB跨接收器能进行测距以避免干扰,因此限制了基于UWB的本地化的可扩展性。 本文提出了一种跨接协议,允许所有机器人被动监听相邻的通信机器人,无需对机器人的角色进行任何层次限制。这被用于使每个机器人获得更多的距离测量,并直接在SE2(3)上广播预积分惯性测量单元(IMU)测量,以用于相对扩展姿态状态估计。因此,使用基于流形的扩展卡尔曼滤波器(EKF)制定了一种同时时钟同步和相对姿态估计器(CSRPE),并使用Monte-Carlo运行在多达7台机器人的模拟中进行了评估。跨接协议在自定义的UWB板上实现为C,装配在3个四旋翼上,并在多个实验中评估了所提出的滤波器,精度提高了高达56%。

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