Graphslam algorithm implementation for solving simultaneous localization and mapping

Abstract

SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) es el problema de estimar la posición de un robot (u otro agente), y simultáneamente, generar un mapa de su entorno. Es considerado un concepto clave en la robótica móvil, y fundamental para alcanzar sistemas verdaderamente autónomos. Entre las muchas soluciones que se han propuesto para resolver SLAM, los métodos basados en grafos han adquirido gran interés por parte de los investigadores en los últimos años. Estas soluciones presentan varias ventajas, como la habilidad de manejar grandes cantidades de datos, y conseguir la trayectoria completa del robot, en vez de solo la última posición. Una implementación particular de este método es el algoritmo GraphSLAM, presentado por primera vez por Thrun y Montemerlo en 2006. En esta memoria, el algoritmo GraphSLAM es implementado para resolver el problema de SLAM en el caso de dos dimensiones. En objetivo principal de esta memoria es proveer de una solución de SLAM ampliamente aceptada para la realización de pruebas comparativas con nuevos algoritmos de SLAM. La implementación usa el framework g2o como herramienta para la optimización de mínimos cuadrados no lineales. La implementación de GraphSLAM es capaz de resolver SLAM con asociación de datos conocida y desconocida. Esto significa que, incluso cuando el robot no tiene conocimiento del origen de las mediciones, éste puede asociar las mediciones a los estados correspondientes, mediante el uso de estimación probabilística. El algoritmo también usa un método basado en kernel para la estimación robusta ante outliers. Para mejorar el tiempo de cómputo del algoritmo, varias estrategias fueron diseñadas para verificar las asociaciones y ejecutar el algoritmo de manera eficiente. La implementación final se probó con datos simulados y reales, en el caso de asociación conocida y desconocida. El algoritmo fue exitoso en todas las pruebas, siendo capaz de estimar la trayectoria del robot y el mapa del entorno con un error pequeño. Las principales ventajas del algoritmo son su alta precisión, y su alto grado de configuración dado por la selección de parámetros. Las mayores desventajas son el tiempo de cómputo del algoritmo cuando la cantidad de datos es alta, y su incapacidad de eliminar falsos positivos. Finalmente, como trabajo futuro, se sugieren modificaciones para aumentar la velocidad de convergencia, y para eliminar falsos positivos.