基于非线性模型预测控制的多四旋翼缆悬载荷协同运输与操控

配备操控机构的自主微型飞行器(MAV)（如四旋翼）有潜力协助人类完成建造与包裹递送等任务。缆索因其重量轻、成本低及设计简单，是操控机构的一种有前景的选择。然而，由于间接负载驱动、非线性构型空间以及高度耦合的系统动力学，为缆索机构设计控制与规划策略面临挑战。本文提出一种新颖的非线性模型预测控制(NMPC)方法，使一组四旋翼能够通过悬挂缆索在全部6个自由度上操控刚体载荷。我们的方法可在滚动时域优化中同时利用可用的机械系统冗余来执行额外任务，如机器人间分离与避障，同时尊重载荷动力学与执行器约束。为满足实时计算需求与可扩展性，我们采用仅包含载荷六自由度状态的轻量级状态向量参数化。这也使得能够在$SE(3)$流形载荷构型空间上规划轨迹，从而降低规划复杂度。我们通过仿真与真实世界实验验证了所提方法。