MARS-Dragonfly：模块化空中机器人系统的敏捷与稳健飞行控制
机器人学
2026-04-08 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
模块化空中机器人系统 (MARS) 由多个无人机单元组成，可重新配置连接形成不同的构型，具备对多样化任务场景、故障情况和有效载荷能力的高适应性。然而，现有的 MARS 控制算法依赖简化的准静态模型和基于规则的分配方案，产生 discontinuous and unbounded 的电机命令，导致随着无人机单元数量的增加产生姿态误差累积，最终在对接、分离和路径跟踪期间引发严重振荡。为解决这些限制，我们首先设计了一个紧凑的机械系统，实现被动对接、无检测被动锁定和磁力辅助分离。其次，我们引入等效力-力矩的多面体约束虚拟四旋机翼，显式建模可行力集。结合这些抽象模型，我们捕获了完整的 MARS 动力学，使现有的四旋机翼控制器能够适用于不同构型。我们进一步优化了最大化控制授权范围的偏航角，以提升操控灵活性。基于这些抽象模型，我们设计了两阶段预测-分配管线：受力/力矩约束的受限预测跟踪器计算虚拟输入，而动态分配器将这些输入映射到各个模块，实现目标函数均衡，产生平滑、可跟踪的电机命令。超过 10 种构型的仿真和真实世界实验表明，系统实现了稳定的对接、锁定和分离，以及有效的控制性能。据我们了解，这是首次在真实世界环境中展示 MARS 实现敏捷飞行和运输，峰值俯仰角达 40 度，平均位置误差为 0.0896 米。视频地址：https://youtu.be/yqjccrIpz5o
引用
@article{arxiv.2604.05499,
title = {MARS-Dragonfly: Agile and Robust Flight Control of Modular Aerial Robot Systems},
author = {Rui Huang and Zhiqian Cai and Siyu Tang and Pengxuan Wei and Lidong Li and Xin Chen and Wenhan Cao and Zhenyu Zhang and Lin Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.05499},
year = {2026}
}