感知感知的四旋翼器航点飞行时最优规划
机器人学
2026-03-05 v1
摘要
敏捷四旋翼飞行推动了控制、执行和载载感知的极限。虽然时最优轨迹规划已广泛研究,但现有方法通常忽略了车辆动力学、环境几何与载载状态估计视觉要求之间的紧密耦合。结果是,虽然轨迹在动力学上可行，却在闭环执行中因视觉质量下降而失败。本文引入了一个统一的时最优轨迹优化框架,显式地将感知约束纳入完整非线性动力学、旋翼执行限制、气动效应、相机视场约束以及凸几何闸门表示之内。该方法的提出框架求解任意赛道格式的最小时间环形轨迹,兼容多种闸门形状和姿态,同时保持数值稳健和计算效率。我们推导了基于信息论的位置不确定性度量指标来量化视觉状态估计质量,并通过三种感知目标实现了规划器集成:位置不确定性最小化、顺序视场约束和前瞻对齐。这使得在速度和感知可靠性之间进行系统性探索成为可能。为准确跟踪所得的感知感知轨迹,我们开发了一个分离横向和进度误差的模型预测轮廓跟踪控制器。实验表明,该系统实现了最高9.8 m/s的实际飞行速度,平均跟踪误差为0.07 m,在具有挑战性的Split-S课程上闭环成功率从55%提升至100%。该提议系统为研究感知感知时最优自主飞行的基本极限提供了可扩展的基准。
引用
@article{arxiv.2603.04305,
title = {Perception-Aware Time-Optimal Planning for Quadrotor Waypoint Flight},
author = {Chao Qin and Jiaxu Xing and Rudolf Reiter and Angel Romero and Yifan Lin and Hugh H. -T. Liu and Davide Scaramuzza},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.04305},
year = {2026}
}