SEAL: 复杂环境下四旋翼飞行的安全增强轨迹规划与控制框架
系统与控制
2025-03-06 v1 系统与控制
摘要
对于四旋翼飞行器，在具有风扰和动态障碍物的复杂环境中实现安全自主飞行仍面临重大挑战。现有大多数方法要么在轨迹规划阶段要么在控制阶段处理风扰，这可能导致飞行过程中的危险情况。动态障碍物的出现将进一步恶化这一状况。因此，我们提出了一个高效且可靠的四旋翼框架，通过广义比例积分观测器在规划和控制两个阶段均纳入风扰估计。首先，我们开发了一个实时自适应时空轨迹规划器，利用哈密顿-雅可比(HJ)可达性分析处理风扰引起的误差动力学。通过在欧几里得符号距离场(ESDF)地图上考虑前向可达集传播，安全得到保证。此外，实现了考虑风扰补偿的非线性模型预测控制(NMPC)控制器以实现鲁棒轨迹跟踪。仿真和真实世界实验验证了我们框架的有效性。视频和补充材料可在 https://github.com/Ma29-HIT/SEAL/ 获取。
引用
@article{arxiv.2503.03346,
title = {SEAL: Safety Enhanced Trajectory Planning and Control Framework for Quadrotor Flight in Complex Environments},
author = {Yiming Wang and Jianbin Ma and Junda Wu and Huizhe Li and Zhexuan Zhou and Youmin Gong and Jie Mei and Guangfu Ma},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.03346},
year = {2025}
}