SwordRiding：基于在线引导向量场的未知复杂环境四旋翼机统一导航框架
机器人学
2025-12-01 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
尽管四旋翼机导航在轨迹规划与控制方面取得高性能，但在未知复杂环境中的实时适应性仍是核心挑战。这种困难主要源于大多数现有规划框架以开环方式运行，难以应对风力扰动或外部扰动等环境不确定性。本文提出一种基于从离散参考路径点在线构建引导向量场(GVF)的四旋翼机统一实时导航框架。在该框架中， onboard感知模块构建欧几里得距离场(ESD)环境表示，实现障碍感知和路径距离评估。系统首先使用全局规划器生成离散无碰撞路径点，随后通过均匀B样条参数化，生成光滑且物理可行的参考轨迹。然后基于ESD和优化B样条轨迹合成自适应GVF。不同于常规方法，本方法采用闭环导航范式，显著提升外部扰动下的鲁棒性。与传统GVF方法相比，所提方法直接适配离散路径，保持与标准规划算法的兼容性。广泛的仿真与实际实验表明，方法在抗外部扰动方面表现出 improved鲁棒性，实时性能显著优越。
引用
@article{arxiv.2511.22043,
title = {SwordRiding: A Unified Navigation Framework for Quadrotors in Unknown Complex Environments via Online Guiding Vector Fields},
author = {Xuchen Liu and Ruocheng Li and Bin Xin and Weijia Yao and Qigeng Duan and Jinqiang Cui and Ben M. Chen and Jie Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.22043},
year = {2025}
}
备注
For an experimental demo, see https://www.youtube.com/watch?v=tKYCg266c4o. For the lemma proof, see https://github.com/SmartGroupSystems/GVF_close_loop_planning/blob/main/proofs.md