动态场景下四旋翼无人机的自适应跟踪与栖息
机器人学
2024-01-19 v2
摘要
栖息于移动平台是增强四旋翼无人机续航能力和作业范围的一种极具前景的解决方案，可提升各种空地协同任务的效率。为确保稳健的栖息，保持稳定相对状态的跟踪和可靠的感知是前提。本文提出了一种用于自主四旋翼无人机的自适应动态跟踪与栖息方案，以实现与移动平台的紧密集成。为了实现对动态目标的可靠感知，我们引入了弹性可见性感知规划，以主动避免遮挡和目标丢失。此外，我们提出了一种灵活的终端调整方法，该方法可适应飞行时间的变化和耦合的终端状态，确保在各种角度下与随时变化的栖息面实现全状态同步。通过优化切向相对速度，我们开发了一种松弛策略，以解决由硬边界条件带来的动力学和安全违规问题。此外，我们将SE(3)运动规划纳入考虑，以确保四旋翼无人机与平台在接触前不发生碰撞。并且，我们提出了一个考虑全状态动力学的时空轨迹优化框架，用于跟踪和栖息。所提出的方法通过基准比较和消融研究进行了广泛测试。为了促进学术研究在工业界的应用，并在严格受限的计算资源下验证我们方案的效率，我们将系统部署在商用无人机（DJI-MAVIC3）和全尺寸运动型多用途汽车（SUV）上。我们进行了广泛的现实世界实验，无人机成功在SUV顶部以30~km/h（8.3~m/s）的速度进行跟踪和栖息，并以3.5~m/s的速度、60{\deg}倾角进入SUV后备箱。
引用
@article{arxiv.2312.11866,
title = {Adaptive Tracking and Perching for Quadrotor in Dynamic Scenarios},
author = {Yuman Gao and Jialin Ji and Qianhao Wang and Rui Jin and Yi Lin and Zhimeng Shang and Yanjun Cao and Shaojie Shen and Chao Xu and Fei Gao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.11866},
year = {2024}
}