現(xiàn)代機(jī)器人算法和系統(tǒng)經(jīng)常缺乏在未知環(huán)境中可靠操作所需的魯棒性。由于高度重復(fù)的模式或遮擋，視覺系統(tǒng)無法在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境（如森林）中始終可靠地執(zhí)行。

密歇根大學(xué)的計(jì)算自主性和機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室（CURLY）實(shí)驗(yàn)室旨在設(shè)計(jì)在未知和非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中表現(xiàn)良好的自主機(jī)器人系統(tǒng)。他們的研究涵蓋了自主的基本方面，如狀態(tài)估計(jì)、SLAM、語(yǔ)義映射、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、機(jī)器人控制和學(xué)習(xí)。他們還創(chuàng)建了開源庫(kù)，并與研究出版物一起在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試。

CURLY實(shí)驗(yàn)室的最新項(xiàng)目采用了哈士奇UGV，旨在改善自主移動(dòng)機(jī)器人的現(xiàn)狀。CURLY實(shí)驗(yàn)室在城市環(huán)境中成功地開發(fā)了自主機(jī)器人系統(tǒng)（例如自動(dòng)駕駛汽車和送貨機(jī)器人）。然而，機(jī)器人系統(tǒng)在森林或山區(qū)等非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中運(yùn)行時(shí)仍然面臨挑戰(zhàn)。然后，該小組專注于開發(fā)算法，使機(jī)器人系統(tǒng)能夠在惡劣的環(huán)境中運(yùn)行。這類技術(shù)將有助于搜救、急救任務(wù)和科學(xué)探索。

通過深度學(xué)習(xí)了解環(huán)境

該團(tuán)隊(duì)正在基于Husky UGV進(jìn)行的定位和映射測(cè)試開發(fā)自己的算法，以更好地在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中導(dǎo)航。映射算法試圖創(chuàng)建一個(gè)環(huán)境的三維模型，以便機(jī)器人能夠了解周圍的情況。另一方面，定位任務(wù)的目標(biāo)是確定機(jī)器人在三維地圖中的位置。該團(tuán)隊(duì)的定位算法，不變擴(kuò)展卡爾曼濾波器（InEKF），通過利用矩陣?yán)钊旱膶?duì)稱性保持特性，使用IMU和速度測(cè)量來估計(jì)機(jī)器人的位置和方向。此外，他們的映射算法使用深度學(xué)習(xí)技術(shù)創(chuàng)建地圖。該團(tuán)隊(duì)目前正在開發(fā)一個(gè)完整的SLAM管道，以使用多傳感器數(shù)據(jù)融合提供更穩(wěn)健的機(jī)器人姿態(tài)估計(jì)。

集中精力

CURLY實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目主要集中在軟件開發(fā)上。該團(tuán)隊(duì)不想投入從頭開始建造機(jī)器人所需的時(shí)間、精力和資源。此外，他們的測(cè)試過程需要集成特定的傳感器，這在開發(fā)機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)可能很困難。相反，Husky UGV提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案，避免了硬件開發(fā)的耗時(shí)性。

綠線顯示使用從車輪編碼器估計(jì)的速度估計(jì)的InEKF估計(jì)軌跡，藍(lán)線顯示使用來自運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的速度估計(jì)InEKF結(jié)果。

高精度IMU是哈士奇UGV的重要組成部分。在視覺傳感器不可用的環(huán)境中，該團(tuán)隊(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度和穩(wěn)健的定位。此外，Husky UGV對(duì)于CURLY實(shí)驗(yàn)室來說足夠小，可以確保學(xué)生的安全，同時(shí)也足夠大，可以在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中保持穩(wěn)定性。正如助理教授Maani Ghaffari所說：

“這一點(diǎn)尤為重要，因?yàn)樗刮覀兡軌驅(qū)Ｗ⒂陂_發(fā)自主算法，而不必?fù)?dān)心機(jī)器人的穩(wěn)定性控制。此外，Husky UGV與ROS集成，簡(jiǎn)化了算法和傳感器之間的通信?！?/h1>

Maani Ghaffari, Assistant Professor, University of Michigan

Husky UGV最終是堅(jiān)固耐用的ROS原生解決方案，使其成為團(tuán)隊(duì)引人注目的平臺(tái)。

該團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目通過硬件支持，與美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、豐田研究所、美國(guó)陸軍DEVCOM地面車輛系統(tǒng)中心和NVIDIA合作，成功開發(fā)了幾個(gè)用于機(jī)器人狀態(tài)估計(jì)、SLAM或映射的開源庫(kù)。此外，他們的工作發(fā)表在《機(jī)器人與人工智能前沿》上。你可以在這里閱讀他們的全文。未來，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將包括規(guī)劃、SLAM和控制在內(nèi)的每個(gè)模塊集成到Husky UGV上的一個(gè)完全集成的自主系統(tǒng)中。

參與該項(xiàng)目的CURLY實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)由林子元（Justin）、張雷（Ray Zhang）、林健兒（Cynthia）、滕桑麗（Sangli Teng）、約瑟夫·威爾遜（Joseph Wilson。

要了解更多關(guān)于CURLY實(shí)驗(yàn)室的信息，請(qǐng)?jiān)L問他們的網(wǎng)站。

https://clearpathrobotics.com/blog/2023/02/university-of-michigan-develops-localization-algorithm-for-unstructured-environments/

要了解更多關(guān)于HUSKY的信息，請(qǐng)?jiān)L問京天機(jī)器人網(wǎng)站。www.jingtianrobots.com