空中操作机器人的全身运动规划与安全关键控制

空中操作结合了多旋翼机的机动性与机器人机械臂的灵活性，以在杂乱空间中执行复杂任务。然而，由于全身碰撞规避以及常见几何抽象（如包装盒或椭球体）的保守性，规划安全、动态可行的轨迹仍然困难。我们提出了基于超椭圆形（superquadrics, SQs）的空中操作机器人全身运动规划与安全关键控制框架。通过超椭圆形加代理表示（SQ-plus-proxy），我们对车辆和障碍物建模为可微分、几何精确的表面。基于该表示，我们引入最大间隙规划器，将 Voronoi 图与平衡曲面公式融合，以生成平滑、碰撞感知的轨迹。我们进一步设计了安全关键控制器，通过高阶控制栏位函数联合执行推力限制和碰撞规避。在仿真中，我们的方法在杂乱环境中超越基于采样的规划器，产生更快、更安全、更光滑的轨迹，并在几何保真度方面超越椭球体基线。在实际的空中操作平台实验中，结果确认了可行性和鲁棒性，展示了仿真与硬件环境下的一致性能能。