分布式 3D 领队-跟随式编队控制：基于视场安全的控制屏障函数方法
系统与控制
2026-05-19 v1 机器人学
系统与控制
摘要
本文提出一种分布式 3D 领队-跟随式编队（3D-LFF）控制框架，用于多无人机系统，在实现编队跟踪的同时强制执行感知安全约束。维持安全的基于视野的 3D-LFF 具有挑战，因为 onboard 摄像机施加严格的视场（FOV）限制，而高要求的编队命令可能导致领队位于跟随器的摄像机景象之外，从而导致可见性丢失。为解决此问题，我们发展了感知感知的安全控制架构，通过构造保证可见性。首先，我们推导了以视线坐标表示为基础的相对运动学模型，并设计仅使用本地可用相对状态的分布式 3D-LFF 跟踪控制器。随后，我们将命名编队控制器嵌入基于控制屏障函数的二次规划（CBF-QP）安全滤波器，以最小方式修改指令速度以保持领队位于跟随器摄像机景象内，同时在可行时保持编队跟踪。Gazebo 模拟和 Crazyflie 硬件实验验证了所提出方法，证明了准确的编队跟踪和有效的 FOV 执行，包括在命名期望编队与可见性约束冲突的情形。
引用
@article{arxiv.2605.17533,
title = {Distributed 3D Leader-Follower Formation Control with Field-of-View Safety via Control Barrier Functions},
author = {Immanuel R. Santjoko and Richie R. Suganda and Miao Pan and Bin Hu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.17533},
year = {2026}
}
备注
9 page