Event-Triggered Nonlinear Model Predictive Control for Cooperative Cable-Suspended Payload Transportation with Multi-Quadrotors
Toronto Metropolitan University(多伦多都会大学);University of Alberta(阿尔伯塔大学)
针对多四旋翼吊挂载荷协同运输中的非线性耦合等挑战,提出一种事件触发分布式NMPC方法,通过轻量级状态参数化在SE(3)流形上规划轨迹,在保证轨迹跟踪与避障的同时显著降低计算与通信开销。
2025-03-26 cs.RO cs.SY eess.SY
Learned Incremental Nonlinear Dynamic Inversion for Quadrotors with and without Slung Payloads
Technical University of Berlin(柏林技术大学);Robotics Institute Germany (RIG)(德国机器人研究所)
本文提出基于神经网络的四旋翼增量非线性动态反演方法,通过学习预测残差力,替代传统传感器,提高飞行控制器精度。
2026-04-14 cs.RO cs.SY eess.SY
Robust Adaptive Model Predictive Control of Quadrotors
鲁棒自适应模型预测控制(RAMPC)是一种新的控制方法,它将对未知参数和有界干扰的鲁棒性保证结合到模型预测控制方案中。然而,到目前为止,RAMPC仅在理论上得到了发展。本文的目标是将RAMPC应用于物理四旋翼实验。据我们所知,这是第一次,RAMPC已被应用于实践中使用的状态空间制定。在这样做时,我们强调重要的实际挑战,如计算的$λ$收缩多面体和处理测量噪声,并提出修改RAMPC,使其可以应用于四旋翼。我们首先模拟四旋翼飞行与直接和解耦控制架构在不同的情况下。这些方案包括:(i)四旋翼的未知质量作为具有风作为有界扰动的包裹递送情形;以及(ii)所有旋翼效率下降作为功率递送问题。然后,我们实现这些方案上的物理四旋翼,并提出了实验结果。
2021-08-26 cs.SY eess.SY
Continuum Deformation of a Multiple Quadcopter Payload Delivery Team without Inter-Agent Communication
University of Michigan(密歇根大学)
本文提出连续变形策略用于控制携带共同载荷的多四旋翼系统集体运动,通过领导者位置在采样时间 waypoints 的信息实现无需中间通信的跟随者协调运输。
2017-11-13 cs.SY eess.SY
Stabilizing a spherical pendulum on a quadrotor
在这篇文章中,我们设计了一个基于几何原理的反推控制律,以摆起安装在运动四旋翼上的球摆。控制矢量中的可用自由度还允许我们将四旋翼的平面平行于地面定位。这里解决的问题确实是新颖的,并且具有在运输安装在四旋翼顶部上的有效载荷期间出现的许多实际应用。建模和控制律是无坐标的,因此避免了奇异性问题。该问题的几何处理大大简化了系统的建模和控制律。数值实验验证和支持的控制行动的积极的机动开始非常接近向下稳定的平衡位置的摆。
2021-07-22 cs.SY eess.SY
Online Identification using Adaptive Laws and Neural Networks for Multi-Quadrotor Centralized Transportation System
本文提出一种自适应神经识别方法,用于增强多四旋翼集中运输系统的鲁棒性,通过在线调节和学习分解的误差子空间,实现对时变扰动和模型不确定性的高效实时补偿。
2025-09-02 cs.RO cs.SY eess.SY
Taylor-Informed Predictive Cost Adaptive Control for Quadrotors with Online Gravity-Trim Adaptation
Kyoto University(京都大学)
该研究针对四旋翼开发了结合在线重力 trim 自适应的泰勒展开式预测成本自适应控制,通过高阶动力学辨识与线性化提升了突发负载变化下的跟踪性能。
2026-09-04 cs.SY eess.SY
SEP-NMPC: Safety Enhanced Passivity-Based Nonlinear Model Predictive Control for a UAV Slung Payload System
Department of Earth and Space Science and Engineering, York University(地球与空间科学与工程系,约克大学)
本文提出SEP-NMPC方法,通过结合被动性理论和高阶控制屏障函数,实现无人机悬挂载具系统的稳定性与安全性保障。
2026-03-09 cs.RO cs.SY eess.SY
Dynamics-Invariant Quadrotor Control using Scale-Aware Deep Reinforcement Learning
Robert Bosch Centre for Cyber Physical Systems, Indian Institute of Science(罗伯特·博世网络物理系统中心,印度科学研究院);Department of Mechanical Engineering, Indian Institute of Science(机械工程系,印度科学研究院)
本文提出一种基于尺度感知深度强化学习的四旋翼控制方法,通过直接优化力/扭矩输入实现动态不变性,有效提升轨迹跟踪精度和鲁棒性。
2025-03-09 cs.RO cs.SY eess.SY
Human Physical Interaction based on UAV Cooperative Payload Transportation System using Adaptive Backstepping and FNTSMC
本文针对双四旋翼无人机协同载荷运输系统,提出结合自适应反步位置控制与快速非奇异终端滑模姿态控制的非线性控制策略,并通过导纳控制实现人机物理交互,以提升系统稳定性与操作响应性。
2025-03-13 cs.SY eess.SY
Why Change Your Controller When You Can Change Your Planner: Drag-Aware Trajectory Generation for Quadrotor Systems
University of Pennsylvania(宾夕法尼亚大学)
针对四旋翼载荷投递中的气动阻力问题,提出在固定控制器下调整轨迹生成组件的阻力感知规划方法,通过引入并从仿真数据中学习跟踪代价函数作为正则化项,使跟踪误差最多降低83%并避免控制器饱和。
2024-01-10 cs.LG cs.RO cs.SY
Aerodynamics and Sensing Analysis for Efficient Drone-Based Parcel Delivery
Macquarie University(麦考瑞大学);School of Engineering(工程学院);School of Computing(计算机学院)
本文结合CFD气流仿真与多学科设计、控制及传感方法,实验分析有效载荷尺寸和位置对最大推力2000 gf无人机稳定性的影响,证明其可平稳提起覆盖螺旋桨达50%的载荷。
2024-10-27 cs.RO cs.SY eess.SY
Autonomous Hook-Based Grasping and Transportation with Quadcopters
HUN-REN Institute for Computer Science and Control(HUN-REN计算机科学与控制研究所);Eindhoven University of Technology(埃因霍温理工大学)
本文提出一种基于1自由度旋转关节钩子的四旋翼轻量化被动负载抓取与运输运动控制及规划方法,通过时间最优轨迹设计与两阶段控制策略实现快速可靠任务执行,并经仿真与实际飞行实验验证。
2024-03-26 cs.RO cs.SY eess.SY
Transport and Delivery of Objects with a Soft Everting Robot
School of Mechanical Engineering, Purdue University(机械工程学院,普渡大学)
本研究提出了一种利用软翻转机器人通过内部运输和部署各类载荷的方法,展示了其在危险环境中的运输能力和灵活性。
2026-01-28 cs.RO cs.SY eess.SY
Collision Recovery Control of a Foldable Quadrotor
The Polytechnic School, Ira A. Fulton Schools of Engineering, Arizona State University(亚利桑那州立大学艾拉·富尔顿工程学院理工学院)
提出一种带扭力弹簧的可折叠四旋翼系统,通过机械顺应性增加冲击时间并减小净冲击力,结合恢复控制器实现碰撞后安全悬停,实验证明其反弹速度更低且恢复控制更简单。
2021-05-28 cs.RO cs.SY eess.SY
Geometric Control for Load Transportation with Quadrotor UAVs by Elastic Cables
无人驾驶飞行器(UAV)组越来越多地用于运输任务,因为组合强度允许增加最大有效载荷。然而,由此产生的无人机的机械耦合在跟踪控制方面提出了新的挑战。因此,我们设计了一个几何轨迹跟踪控制器的四旋翼无人机携带和运输的刚体,这是通过不可弯曲的弹性电缆连接到四旋翼的合作任务。电缆的弹性与奇异扰动技术一起允许在模型中减少到具有非弹性电缆的类似模型。在这个降阶模型中,我们设计了一个控制器,使得负载的位置和姿态指数收敛到给定的期望轨迹。然后我们表明,在某些假设下,该结果会导致原始弹性模型的一致收敛跟踪误差。此外,在系统存在非结构化扰动的情况下,我们证明了误差最终有界,且有一个任意小的界。最后,通过仿真验证了理论结果.
2021-11-01 cs.SY eess.SY math.OC
Decentralized Geometric Control for Cable-Suspended Payload Transport with Adaptive Mass Estimation
MassRobotics
提出GPAC四层分层架构,通过隐式协调实现多四旋翼无中心协调运输缆绳悬挂载荷,结合几何控制、自适应质量估计和CBF安全滤波,仿真显示低计算成本下平均跟踪误差33.8厘米。
2026-07-02 cs.MA cs.RO cs.SY
Optimal Path Planning for Aerial Load Transportation in Complex Environments using PSO-Improved Artificial Potential Fields
University of Nebraska-Lincoln(内布拉斯加大学林肯分校)
本文提出一种基于PSO改进人工势场的方法,用于四旋翼吊挂载荷在复杂环境中的最优路径规划,通过优化势场系数并采用滑模控制,实现避障与最短路径运输。
2023-11-17 cs.RO cs.SY eess.SY
DR-IPC: Disturbance-Resilient Integrated Planning and Control for LiDAR-Based Quadrotor Navigation
Southeast University(东南大学);Xiamen University of Technology(厦门理工学院)
DR-IPC提出一种集成规划与控制方法,结合路径引导与NMPC直接生成控制量,在扰动下显著提升四旋翼导航任务完成率并降低高度误差。
2026-10-05 cs.RO cs.SY eess.SY
Time-Optimal Planning for Quadrotor Waypoint Flight
University of Zurich(苏黎世大学)
四旋翼飞行器是最敏捷的飞行机器人之一。然而,规划时间最优的轨迹在驱动限制通过多个航路点仍然是一个悬而未决的问题。这对于检查、交付、搜索和救援以及无人机竞赛等应用至关重要。早期的作品使用多项式轨迹公式,不充分利用致动器的潜力,因为其固有的光滑性。最近的作品诉诸数值优化,但需要在特定的离散时间分配的成本或约束的航点。然而,这种时间分配是一个先验未知的,使以前的作品无法产生真正的时间最优的轨迹。为了产生真正的时间最优轨迹,我们提出了一个解决方案的时间分配问题,同时利用全四旋翼的致动器的潜力。我们实现这一点,通过引入一个配方的进展沿轨迹,这使得同时优化的时间分配和轨迹本身。我们将我们的方法与相关方法进行比较,并在世界上最大的运动捕捉系统之一的真实飞行中进行验证,在无人机竞赛任务中,我们的表现优于人类专家无人机飞行员。
2021-10-01 cs.AI cs.RO cs.SY
Design and Analysis of a Single-Camera Omnistereo Sensor for Quadrotor Micro Aerial Vehicles (MAVs)
本文提出一种适用于低负载四旋翼微型飞行器的单相机 omnistereo 传感器设计,通过共轴超曲面镜实现立体视觉,分析其几何特性与3D感知性能。
2015-10-03 cs.CV cs.RO cs.SY
Energy-Aware Wind-Resilient Routing for Truck-Assisted Multi-UAV Delivery under Wind Uncertainty
The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)(香港科技大学(广州));Southern University of Science and Technology(南方科技大学)
针对卡车辅助多无人机配送的风况不确定性与能量安全问题,提出EWR在线规划框架,通过时变能量图优化路由,提升任务成功率并减少风致返回失败。
2026-08-13 cs.RO cs.SY eess.SY
Control and Trajectory Optimization for Soft Aerial Manipulation
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院)
利用无人驾驶飞行器(UAV)的操纵和抓取目前需要精确定位,并且通常以降低的速度执行以确保成功抓取。这是因为典型的UAV只能容纳具有很少自由度的刚性操纵器,这限制了它们补偿由飞行器定位误差引起的干扰的能力。此外,UAV必须最小化外部接触力以保持稳定性。另一方面,生物系统利用柔软性来克服类似的限制,并利用顺应性来实现积极的抓握。针对一种由四旋翼和柔性夹持器组成的柔性空中机械手,研究其控制和轨迹优化问题,充分发挥柔性的优势。据我们所知,这是第一个在软操纵和无人机控制之间的交叉点的工作。我们提出了一种解耦的方法,四旋翼和软夹持器,结合(i)的几何控制器和最小的捕捉轨迹优化的四旋翼(刚性)基地,与(ii)准静态有限元模型和控制空间插值的软夹持器。我们证明了几何控制器渐近稳定的四旋翼的速度和姿态,尽管增加了软负载。最后,我们评估所提出的系统在一个现实的软动力学模拟器,并表明:(i)的几何控制器是相当不敏感的软有效载荷,(ii)的平台可以可靠地抓住未知的对象,尽管不准确的定位和初始条件,和(iii)解耦控制器是适合实时执行。
2021-11-23 cs.RO cs.SY eess.SY
Integrated Design and Control of a Robotic Arm on a Quadcopter for Enhanced Package Delivery
University of California, Irvine(加州大学欧文分校);California State University, Long Beach(加州州立大学长滩分校)
本文研究四旋翼无人机集成机械臂的包裹递送系统,基于SolidWorks和MATLAB Simscape完成设计与仿真,对比PID与MRAC控制器,证明PID轨迹跟踪更优且RMS误差更低,MRAC则更具动态适应性。
2024-10-20 cs.RO cs.SY eess.SY
Adaptive Artificial Time Delay Control for Robotic Systems
International Institute of Information Technology Hyderabad(国际信息技术研究所海得拉巴分校);Robotics Research Center(机器人研究中心)
本文研究人工时滞控制在双足机器人与四旋翼系统中的应用,提出统一控制设计以避免多控制器与约束力计算,并通过实验验证其有效性。
2024-09-02 cs.RO cs.SY eess.SY
MARS-Dragonfly: Agile and Robust Flight Control of Modular Aerial Robot Systems
National University of Singapore(新加坡国立大学);Engineering Design and Innovation Centre, National University of Singapore(新加坡国立大学工程设计与创新中心)
本文提出MARS-Dragonfly系统,通过被动对接、无检测锁定和磁力辅助分离机制,结合力矩等效虚拟四旋翼模型,实现模块化空中机器人系统的敏捷与鲁棒飞行控制。
2026-04-07 cs.RO cs.SY eess.SY
On the computational analysis of the genetic algorithm for attitude control of a carrier system
Univ. of Tehran(德黑兰大学)
本文研究了基因算法在载具姿态控制中的应用,设计模糊-PID控制器优化推力矢量,并通过调整算法参数评估其对优化过程的影响。
2018-06-27 cs.NE cs.SY eess.SY