ES-HPC-MPC：四旋翼机悬挂负载的指数稳定混合感知约束模型预测控制
系统与控制
2025-10-30 v2 机器人学
系统与控制
摘要
使用带有吊装负载的四旋翼机进行空中运输在灾后救援、物流和基础设施维护等应用中具有巨大的潜力。然而，他们的混合和不完全受控动力学在控制和感知方面提出了显著挑战。传统方法常常假设缆索处于紧绷状态，这限制了其在实际应用中应对因干扰导致的松紧状态转换的有效性。我们引入 ES-HPC-MPC（Exponentially Stable Hybrid Perception Constrained MPC），该框架在混合动力学下强制执行指数稳定性和感知约束控制。我们的方法利用指数稳定控制 Lyapunov 函数（ES-CLFs）来确保任务期间的稳定性，并利用控制屏障函数（CBFs）来保持负载在 onboard 摄像头的视野范围内（field of view, FoV）。我们通过仿真和实际实验验证了该方法，展示了稳定的轨迹跟踪和可靠的感知。我们验证，该方法在跟踪动态不可行轨迹且系统受到意外干扰导致的混合模式转换时，能够维持稳定性并满足感知约束。
引用
@article{arxiv.2504.08841,
title = {ES-HPC-MPC: Exponentially Stable Hybrid Perception Constrained MPC for Quadrotor with Suspended Payloads},
author = {Luis F. Recalde and Mrunal Sarvaiya and Giuseppe Loianno and Guanrui Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.08841},
year = {2025}
}
备注
Accepted to IEEE Robotics and Automation Letters