通过链接不同保真度模型统一四旋翼运动规划与控制
机器人学
2025-12-16 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
许多涉及四旋翼的空中任务既需要即时反应又需要长时序规划。高保真度模型可实现精确控制但对长时序来说太慢；低保真度规划器可扩展但会降低闭环性能。我们提出了Unique，一个统一的模型预测控制（MPC）框架，在单个优化中级联不同保真度的模型：短时序高保真度模型用于精确控制，长时序低保真度模型用于规划。我们在时序间对齐代价，推导了点质量模型的保可行性推力和角速度约束，并引入了匹配不同状态、推力诱导加速度以及 jerk-角速度关系的转换约束。为防止非光滑障碍物产生的局部极小值，我们提出了一种三维渐进平滑方案，沿时序变形基于范数的障碍物。此外，我们部署了并行随机初始化的MPC求解器，在长低保真度时序上发现更低代价的局部极小值。在仿真和实际飞行中，在相等计算预算下，Unique相比标准MPC和分层规划器-跟踪器基线，将闭环位置或速度跟踪性能提升了高达75%。消融实验和帕累托分析证实了时序变化、约束近似和平滑方案上的稳健增益。
引用
@article{arxiv.2512.12427,
title = {Unifying Quadrotor Motion Planning and Control by Chaining Different Fidelity Models},
author = {Rudolf Reiter and Chao Qin and Leonard Bauersfeld and Davide Scaramuzza},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.12427},
year = {2025}
}