Environment mapping is an essential prerequisite for mobile robots to perform different tasks such as navigation and mission planning. With the availability of low-cost 2D LiDARs, there are increasing applications of such 2D LiDARs in industrial environments. However, environment mapping in an unknown and feature-less environment with such low-cost 2D LiDARs remains a challenge. The challenge mainly originates from the short-range of LiDARs and complexities in performing scan matching in these environments. In order to resolve these shortcomings, we propose to fuse the ultra-wideband (UWB) with 2D LiDARs to improve the mapping quality of a mobile robot. The optimization-based approach is utilized for the fusion of UWB ranging information and odometry to first optimize the trajectory. Then the LiDAR-based loop closures are incorporated to improve the accuracy of the trajectory estimation. Finally, the optimized trajectory is combined with the LiDAR scans to produce the occupancy map of the environment. The performance of the proposed approach is evaluated in an indoor feature-less environment with a size of 20m*20m. Obtained results show that the mapping error of the proposed scheme is 85.5% less than that of the conventional GMapping algorithm with short-range LiDAR (for example Hokuyo URG-04LX in our experiment with a maximum range of 5.6m).


翻译:环境测绘是移动机器人执行导航和任务规划等不同任务的基本先决条件。随着低成本的 2D LiDAR 的可用性,这种2D LiDAR 在工业环境中的应用正在增加。然而,在这种低成本的 2D LiDAR 的未知和无特色环境中进行环境测绘仍是一项挑战。主要来自LIDAR 的短程和在这些环境中进行扫描匹配的复杂性。为了解决这些缺陷,我们提议将超广带与2D LiDAR 连接起来,以提高移动机器人的绘图质量。基于优化的方法用于将UWB 的信息和观测仪集中起来,以便首先优化轨迹。随后,基于LIDAR 的环圈封闭被整合起来,以提高轨迹估计的准确性。最后,优化的轨迹与LDAR 扫描相结合,以绘制环境的占用图。为了解决这些缺陷,我们提议的方法的性能在室内无特征环境中被评估,其规模为20m*20m。与HO-D的短程结果显示,与我们提议的LARC 5 的常规算法的测程为85的短程。

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