面向空中操作器的仿生高精度跟踪控制

空中操作器由多旋翼和机械臂组成，其结构与功能让人高度联想到鸟类。本文研究空中操作器的跟踪控制问题。我们提出了一种受鸟类启发的空中操作系统，包括受鸟类启发的机械臂设计、基于递归牛顿-欧拉方法的非线性飞行控制器，以及具有两种模式的协调控制器。与现有方法相比，我们提出的方法具有多项吸引人的特性。首先，利用鸟类的形态特征来确定空中操作器中多旋翼和机械臂的尺寸比例。其次，基于 RNE 的飞行控制器和双模协调控制器解决了空中操作器的动态耦合问题。具体而言，在我们提出的算法下，空中操作器能够稳定末端执行器的姿态，类似于鸟类的头部稳定。通过三个数值实验验证了所提出的方法。结果表明，即使四旋翼受到不同力的干扰，末端执行器的位置误差仍达到毫米级精度，姿态误差保持在 1 度以内。本工作的局限性在于未考虑鸟类中可见的剧烈操作。通过未来探索真实世界实验的研究来解决这一问题将是一个关键的研究方向。