IVU-AutoNav: Marco Integrado de Visual y UWB para Navegación Autónoma
Autores: Bu, Shuhui; Zhang, Jie; Li, Xiaohan; Li, Kun; Hu, Boni
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
IVU-AutoNav: Marco Integrado de Visual y UWB para Navegación Autónoma
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Propone
Integración
UWB
Localización
Método SLAM
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Para abordar la ambigüedad de escala inherente y el desplazamiento de posición en la localización y mapeo simultáneos (SLAM) visual monocular, este documento propone un nuevo método de localización que integra SLAM visual monocular con información de rango de banda ultraancha (UWB). Este método permite una localización de alta precisión para vehículos aéreos no tripulados (UAV) en entornos complejos sin información de navegación global. El marco propuesto, IVU-AutoNav, se basa únicamente en mediciones de distancia entre un ancla UWB fija y el dispositivo UWB del UAV. Inicialmente, resuelve conjuntamente la posición del ancla UWB y el factor de escala del sistema SLAM utilizando los datos de SLAM ambiguos en escala y la información de rango. Posteriormente, se formula una ecuación de optimización de pose, que integra errores de reproyección visual y errores de rango, para lograr una localización precisa con una escala métrica. Además, se aplica un proceso de optimización global para mejorar la consistencia global del mapa de localización y optimizar las posiciones de los anclajes UWB y el factor de escala. El enfoque propuesto se valida a través de estudios de simulación y experimentales, demostrando su efectividad. Los resultados experimentales muestran un error de escala de menos del 1.8% y un error cuadrático medio de 0.23 m, superando a los sistemas SLAM visuales de última generación existentes. Estos hallazgos subrayan el potencial y la eficacia del método SLAM acoplado visual-UWB monocular en el avance de las capacidades de navegación y localización de UAV.
Descripción
Para abordar la ambigüedad de escala inherente y el desplazamiento de posición en la localización y mapeo simultáneos (SLAM) visual monocular, este documento propone un nuevo método de localización que integra SLAM visual monocular con información de rango de banda ultraancha (UWB). Este método permite una localización de alta precisión para vehículos aéreos no tripulados (UAV) en entornos complejos sin información de navegación global. El marco propuesto, IVU-AutoNav, se basa únicamente en mediciones de distancia entre un ancla UWB fija y el dispositivo UWB del UAV. Inicialmente, resuelve conjuntamente la posición del ancla UWB y el factor de escala del sistema SLAM utilizando los datos de SLAM ambiguos en escala y la información de rango. Posteriormente, se formula una ecuación de optimización de pose, que integra errores de reproyección visual y errores de rango, para lograr una localización precisa con una escala métrica. Además, se aplica un proceso de optimización global para mejorar la consistencia global del mapa de localización y optimizar las posiciones de los anclajes UWB y el factor de escala. El enfoque propuesto se valida a través de estudios de simulación y experimentales, demostrando su efectividad. Los resultados experimentales muestran un error de escala de menos del 1.8% y un error cuadrático medio de 0.23 m, superando a los sistemas SLAM visuales de última generación existentes. Estos hallazgos subrayan el potencial y la eficacia del método SLAM acoplado visual-UWB monocular en el avance de las capacidades de navegación y localización de UAV.