Distributed Decentralised Visual SLAM for Multi-Agent Systems

• Main Author: Vijjappu, Srihaarika
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) 2020
• Subjects: Computer and Information Sciences; Data- och informationsvetenskap
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-272102

A key challenge in multi robot systems is performing distributed SLAM (Simultaneous Localisation and Mapping). The aim of this thesis is to be able to perform visual SLAM in a decentralised manner across multiple autonomous agents while minimising the inter-agent communication bandwidth requirement. For this purpose, the distributed multi-agent system communication protocol, Contract NET protocol has been suitably adapted to define the interaction between the autonomous agents [38]. The agents in this context could be mobile devices such as robots or autonomous cars. The agents communicate with one another by means of proposals and bids wherein each agent attempts to minimise the resources it has to spend while attempting to maximise the benefit derived from interacting with another agent in the system. Keeping this in mind, a set of rules have been defined for the agents to logic and reason independently based on the state information available to them so that they can take appropriate decisions by themselves without the need for an external intervention. This thesis work is directed towards the design and execution of a visual SLAM system in a multi-agent architecture that aims to improve the accuracy of the pose estimates of the agents, maximise the map area exploration and the accuracy of the map copies possessed by the agents while attempting to minimise the bandwidth required for the data exchange between them. The proposed multi agent system has been thoroughly studied and evaluated with multiple datasets to analyse its performance with respect to bandwidth requirements, stability, consistency, scalability, map accuracy and usage of temporal information. === En av de största utmaningarna med multirobotsystem är att utföra distribuerad SLAM (Simultaneous Localisation and Mapping: Samtidig Lokalisering och Kartläggning). Målet med detta arbete är att kunna utföra visuell och decentraliserad SLAM över flertalet autonoma agenter och samtidigt minimera kravet på bandbredd. För detta ändamål har systemkommunikationsprotokollet Contract NET protocol för multiagentsystem anpassats för att definiera samspelet mellan de autonoma agenterna [42]. I detta sammanhang kan agenterna vara mobila enheter såsom robotar eller autonoma bilar. Agenterna kommunicerar med varandra genom att skicka förslag och anbud sinsemellan medan varje agent jobbar för att minimera sin resursförbrukning och samtidigt maximera fördelarna av att interagera med en annan agent i systemet. Med detta i åtanke har ett antal regler tagits fram, för att låta robotarna använda logik för att resonera oberoende av varandra baserat på den tillgängliga tillståndsinformationen så att de kan fatta egna lämpliga beslut utan yttre inblandning. Detta examensarbete är inriktat på designen och utförandet av ett visuellt SLAM system i en multiagentarktitektur ämnad att förbättra noggrannhet hos agenternas uppskattade positionen och orienteringen, maximera den upptäckta arean av kartan och exaktheten hos kartkopiorna varje agent innehar och samtidigt försöka minimera bandbredden som krävs för datakommunikationen agenterna emellan. Det föreslagna multiagentsystemet har studerats och utvärderats utförligt med hänsyn till bandbreddskrav, stabilitet, konsistens, skalbarhet, kartans noggrannhet och användning av temporal information.