基于航点的无人机任务能量最优规划——最小距离意味着最小能量吗？
机器人学
2025-10-01 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
多旋翼无人机是一种流行的空中机器人，具有广泛的实际应用。机器人的能效是其性能的关键方面，决定了可执行任务的范围和持续时间。本文研究了多旋翼的能量最优规划，旨在为三维空间中的任务找到具有最小能量消耗的航点最优排序。该研究基于先前开发的捕捉多旋翼第一性原理能量动力学模型。我们发现，在大多数情况下（高达95%），能量最优规划的解决方案与最小化总距离的传统旅行商问题的解决方案不同。差异最高可达14.9%，平均值在1.6%-3.3%之间，第90百分位数在3.7%-6.5%之间，具体取决于任务中航点的范围和数量。然后，我们通过将最小能量顺序的关键特征与底层飞行能量动力学相关联，识别并解释了这些特征。结果表明，优化能量消耗的关键不是最小化距离，而是协调垂直和水平运动以提高空气动力学效率。
引用
@article{arxiv.2410.17585,
title = {Energy-Optimal Planning of Waypoint-Based UAV Missions -- Does Minimum Distance Mean Minimum Energy?},
author = {Nicolas Michel and Ayush Patnaik and Zhaodan Kong and Xinfan Lin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.17585},
year = {2025}
}
备注
This paper has been accepted for presentation at the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) 2024