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循环零空间协调:用于静态悬挂的空中载体永续飞行

机器人学 2026-05-12 v2 系统与控制 系统与控制

摘要

本工作证明了三名或以上载体在保持货物常定姿态的条件下实现非停止飞行是可行的,并提出了一种用于生成载体协调非停止轨迹的算法。该方法建立在两个支柱之上:(1) 在载荷把手矩阵 nullspace 的 3n-6 维内离加力方向中选择 n 个特殊线性无关方向,作为连接货物挂点图上的哈密顿循环边的选择;(2) 通过合适的图色彩将哈密顿循环的每一条边映射到周期坐标,以确保相邻坐标在零导数时不会同时为零。结合载荷静力学和挂点位置条件,这些选择确保了 n 个力轨迹的每个投影在相应的 cable 约束球上具有非零切向速度,从而在货物静止时实现载体的永续运动。该工作为任意大于等于 3 的 n 提供了可扩展的构造性设计,包含调优指南,量化了灵敏度和单载体故障,并提供了一个兼容固定翼的规划器,在速度/银行/飞行路径约束下保持载荷静力学。理论发现通过仿真和实验室实验(使用四旋翼 UAV)得到验证。

关键词

引用

@article{arxiv.2503.03481,
  title  = {Cyclic Nullspace Coordination: Perpetual Flight of Aerial Carriers for Static Suspension},
  author = {Chiara Gabellieri and Yaolei Shen and Martina Paolucci and Antonio Franchi},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2503.03481},
  year   = {2026}
}

备注

Accepted for publications on the IEEE Transactions on Control Systems Technology