基于相对视觉测量的两架多旋翼空中对接

模块化机器人在多种应用中的受欢迎程度不断上升，而自主空中对接是这类机器人实际部署所需的一项关键任务。我们提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的状态估计器，仅利用机载传感器（具体为惯性测量单元与相机-标记对）实现一架多旋翼相对于另一架多旋翼的相对定位。利用加速度与角速度测量，以及第一架多旋翼上相机观测第二架多旋翼上标记所得的相对位姿测量，估计第一架多旋翼相对于第二架的相对位置与速度，以及第一架多旋翼的绝对姿态。我们还提出了一种控制架构，利用这些机载状态估计将第一架多旋翼控制在相对于第二架的期望设定点。估计器与控制架构的性能通过成功且可重复地执行空中对接——一项要求相对位置精度达厘米量级的任务——进行了实验验证。