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群制御arXiv:2512.24688

CREPES-X: 階層型方位・距離・慣性による直接協調相対姿勢推定システム

CREPES-X: Hierarchical Bearing-Distance-Inertial Direct Cooperative Relative Pose Estimation System

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小型ハードウェアと二段階の階層推定器により、方位外れ値に頑健で高精度なマルチロボット間の相対姿勢推定を実現した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 自律マルチロボットシステム向けの相対位置推定フレームワーク CREPES-X を提案 - グローバル情報を一切必要としない協調的相対姿勢推定システム - 階層型(2段階)推定器を採用 - ハードウェアは6cm角以下のキューブに集約 - InfraRed (IR) LEDs、IR camera、ultra-wideband module、IMU を搭載 - 単一フレーム推定器と複数フレーム推定器の2段構成 - 速度・精度・ロバスト性の異なる要求に対応

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存手法の課題を克服する点が特徴 - 共有環境特徴に依存する手法、inertial 仮定に依存する手法の限界 - 複雑環境での non-line-of-sight 劣化や外れ値(アウトライヤ)の問題 - 数十台規模のロボットに対する bearing・distance・inertial の頑健かつ効率的な融合が困難という課題に対処 - グローバル情報不要で、速度・精度・ロバスト性を向上 - 最大90%の bearing 外れ値に対するロバスト性を実証(要旨記載)

3. 技術・手法の肝は?

- コンパクトなハードウェア設計 - IR LEDs、IR camera、ultra-wideband module、IMU を6cm角以下のキューブに格納 - 2段階の階層型推定器 - 第1段: 単一フレーム相対推定器 - closed-form solution による即時の相対姿勢推定 - ロバストな bearing 外れ値除去を実施 - 第2段: 複数フレーム相対推定器 - IMU pre-integration を robocentric relative kinematics で活用 - loosely-coupled および tightly-coupled 最適化を実施

4. どうやって有効だと検証した?

- 大規模なシミュレーションと実世界実験で有効性を検証 - 最大90%の bearing 外れ値に対するロバスト性を確認 - 困難な条件下での耐性(resilience)を実証 - 実世界データセットで RMSE 0.073m、1.817° を達成

5. 議論はある?

- 要旨からは不明 - 計算コストやスケーラビリティの詳細な議論は記載なし - 失敗ケースや限界に関する記述は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照・比較されている具体的な既存研究名は記載なし - 関連手法として以下が考えられる(要旨の記述に対応) - 共有環境特徴を用いる相対位置推定手法 - inertial 仮定に依存する手法 - bearing・distance・inertial 融合に基づく協調相対位置推定 - IMU pre-integration を用いる tightly-coupled / loosely-coupled 最適化手法

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Zhehan Li, Zheng Wang, Jiadong Lu, Qi Liu, Zhiren Xun, Yue Wang, Fei Gao, Chao Xu, Yanjun Cao

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Relative localization is critical for cooperation in autonomous multi-robot systems. Existing approaches either rely on shared environmental features or inertial assumptions or suffer from non-line-of-sight degradation and outliers in complex environments. Robust and efficient fusion of inter-robot measurements such as bearings, distances, and inertials for tens of robots remains challenging. We present CREPES-X (Cooperative RElative Pose Estimation System with multiple eXtended features), a hierarchical relative localization framework that enhances speed, accuracy, and robustness under challenging conditions, without requiring any global information. CREPES-X starts with a compact hardware design: InfraRed (IR) LEDs, an IR camera, an ultra-wideband module, and an IMU housed in a cube no larger than 6cm on each side. Then CREPES-X implements a two-stage hierarchical estimator to meet different requirements, considering speed, accuracy, and robustness. First, we propose a single-frame relative estimator that provides instant relative poses for multi-robot setups through a closed-form solution and robust bearing outlier rejection. Then a multi-frame relative estimator is designed to offer accurate and robust relative states by exploring IMU pre-integration via robocentric relative kinematics with loosely- and tightly-coupled optimization. Extensive simulations and real-world experiments validate the effectiveness of CREPES-X, showing robustness to up to 90% bearing outliers, proving resilience in challenging conditions, and achieving RMSE of 0.073m and 1.817{\deg} in real-world datasets.

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