Wall Inspector：通过模型补偿实现墙面近距离四旋翼机控制
机器人学
2025-09-29 v1
摘要
四旋翼机在靠近墙面的城市或室内环境中的安全运行（例如检查和搜救任务）受到来自墙面靠近性产生的未建模气动效应的挑战。它产生复杂的涡旋，导致不稳定的吸力力，可能导致危险的振动或碰撞。本文提出了全面的解决方案，包括(1)一种基于物理的吸力力模型，明确表征其与转子速度和墙距离的依赖关系;以及(2)一种吸力补偿模型预测控制(SC-MPC)框架，旨在确保墙面靠近操作期间的轨迹跟踪准确和稳定。 proposed SC-MPC框架包含一种考虑吸力效应的增强动力学模型， formulated as a factor graph optimization problem integrating system dynamics constraints, trajectory tracking objectives, control input smoothness requirements, and actuator physical limitations。吸力力模型参数通过在各种操作条件下的广泛实验测量进行系统识别。实验验证表明，SC-MPC的性能优于级联比例-积分-微分(PID)控制和标准MPC控制，分别实现了X轴和Y轴2.1 cm和2.0 cm的根均方误差(RMSE)，分别代表了74%和79%的改进，以及60%和53%的改进。对应的平均绝对误差(MAE)指标（X轴1.2 cm，Y轴1.4 cm）也优于两个基线。评估平台采用一种 ducted四旋翼机设计，提供碰撞保护，同时保持气动效率。为便于可重复性和社区采用，我们已开源了完整实现，地址为https://anonymous.4open.science/r/SC-MPC-6A61。
引用
@article{arxiv.2509.21496,
title = {Wall Inspector: Quadrotor Control in Wall-proximity Through Model Compensation},
author = {Peiwen Yang and Weisong Wen and Runqiu Yang and Yingming Chen and Cheuk Chi Tsang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.21496},
year = {2025}
}