面向悬吊载荷无人机完全机载状态估计与轨迹跟踪

本文研究了无人机携带缆绳悬吊载荷的位置跟踪问题，重点关注实际部署和最小硬件需求。与许多依赖运动捕捉系统、额外机载相机或仪器化载荷的现有方法不同，我们提出了一种仅使用标准机载传感器的框架——具体而言，实时动态全球导航卫星系统（RTK GNSS）测量和机载惯性测量单元（IMU）数据——来估计和控制载荷的位置。该系统建模了飞行器与载荷的完整耦合动力学，并集成了线性卡尔曼滤波器进行状态估计、模型预测轮廓控制规划器和增量模型预测控制器。该控制架构设计为在感知限制和估计不确定性下仍能有效运行。大量仿真表明，所提出的系统实现了与基于真值测量的控制相当的性能，仅有轻微退化（< 6%）。该系统还表现出对载荷参数变化的强鲁棒性。实地实验进一步验证了该框架，确认了其在使用现有机载无人机硬件的户外环境中的实际适用性和可靠性能。