Quadrotors with the ability to perch on moving inclined surfaces can save energy and extend their travel distance by leveraging ground vehicles. Achieving dynamic perching places high demands on the performance of trajectory planning and terminal state accuracy in SE(3). However, in the perching process, uncertainties in target surface prediction, tracking control and external disturbances may cause trajectory planning failure or lead to unacceptable terminal errors. To address these challenges, we first propose a trajectory planner that considers adaptation to uncertainties in target prediction and tracking control. To facilitate this work, the reachable set of quadrotors' states is first analyzed. The states whose reachable sets possess the largest coverage probability for uncertainty targets, are defined as optimal waypoints. Subsequently, an approach to seek local optimal waypoints for static and moving uncertainty targets is proposed. A real-time trajectory planner based on optimized waypoints is developed accordingly. Secondly, thrust regulation is also implemented in the terminal attitude tracking stage to handle external disturbances. When a quadrotor's attitude is commanded to align with target surfaces, the thrust is optimized to minimize terminal errors. This makes the terminal position and velocity be controlled in closed-loop manner. Therefore, the resistance to disturbances and terminal accuracy is improved. Extensive simulation experiments demonstrate that our methods can improve the accuracy of terminal states under uncertainties. The success rate is approximately increased by $50\%$ compared to the two-end planner without thrust regulation. Perching on the rear window of a car is also achieved using our proposed heterogeneous cooperation system outdoors. This validates the feasibility and practicality of our methods.


翻译:具有移动倾斜表面能力的四重心在移动倾斜表面时能够利用地面车辆节省能源并扩大旅行距离。 实现动态渗透对轨道规划的性能和SE(3)的终点状态准确性提出了很高的要求。 但是,在冲刺过程中,目标表面预测、跟踪控制和外部扰动方面的不确定性可能会导致轨迹规划失败或导致不可接受的终点错误。 为了应对这些挑战,我们首先提议一个轨迹规划器,该轨迹规划器将考虑适应目标预测和跟踪控制方面的不确定性。为了便利这项工作,先分析一组可达标的地铁状态。可达标集拥有最大不确定性目标覆盖概率的国家被定义为最佳的路径点。随后,提出了为静态和移动不确定性目标寻找当地最佳路径的方法。根据优化的路径点制定实时轨迹规划器可能会导致轨迹规划失败或导致不可接受的终端错误。 当测算器与目标表面一致时, 将可达标定的轨距状态状态状态状态优化为最小值误差的国家, 其可被界定为最佳的路径点。 最终位置和速度定位定位定位定位器将比的精确度和速度在封闭式试验中, 将显示为更精确度, 。 在最后的周期中, 度中, 度中, 将可改进后端端端端点将显示为更精确度 。 。 。

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