具有鲁棒控制与全身规划的SE(3)中任意位姿自主空中操作
机器人学
2025-08-28 v1
摘要
基于传统多旋翼的空中操作器由于多旋翼基座的欠驱动性，仅能在小滚转和俯仰角范围内执行操作。如果多旋翼基座能够在任意方向上悬停，机器人可以自由定位自身在中的任意位置，显著扩展其操作工作空间，并实现原本不可行的操作任务。在本工作中，我们为一种全向空中操作器（OAM）提出了一种几何鲁棒控制与全身运动规划框架。为最大化OAM的能力，我们首先为浮动基座提出了一种几何鲁棒控制器。由于机器人手臂的运动和操作过程中的交互力会影响浮动基座的稳定性，基座应能够在控制其六维位姿的同时缓解这些不利影响。随后我们设计了一种两步优化式全身运动规划器，联合考虑浮动基座的位姿和机器人手臂的关节角度，以利用整个配置空间。所设计的两步方法促进了实时适用性，并增强了具有非凸和非欧几里得搜索空间的优化问题的收敛性。所提方法使基座能够在任意六维位姿下保持静止，同时自主地在障碍物附近执行精密操作而不会发生任何碰撞。我们通过在多个场景中进行抓取和拉取物体的实验来验证所提框架的有效性，包括接近甚至俯仰角的情况。
引用
@article{arxiv.2508.19608,
title = {Autonomous Aerial Manipulation at Arbitrary Pose in SE(3) with Robust Control and Whole-body Planning},
author = {Dongjae Lee and Byeongjun Kim and H. Jin Kim},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.19608},
year = {2025}
}