灵活协作的空中机器人协同搬运悬挂重物

四旋翼无人机能够将悬挂负载快速运送到难以抵达的位置。由于单架四旋翼无人机的有效载荷能力有限，使用多架四旋翼无人机协作操控重物的完整位姿是一种具有可扩展性的有前景方案。然而，现有的多机吊运系统控制算法由于无人机与负载之间复杂的动态耦合，仅能实现低速和低加速度操作，这限制了它们在搜救等时间紧迫任务中的应用。在本研究中，我们提出了一种解决方案，可显著提升绳索悬挂式多机吊运系统的灵活性。与传统的级联式解决方案不同，我们引入了一种基于轨迹的框架，能够在线求解整体动力学运动规划问题，同时考虑无人机与负载之间的动态耦合效应和约束条件。规划的轨迹以滚动时域的方式作为参考提供给无人机，并由机载控制器进行跟踪，该控制器能观测并补偿绳索张力。真实世界实验表明，我们的框架在跟踪灵活轨迹时，加速度至少是现有技术的8倍。我们的方法甚至能完成高速穿越狭窄通道等复杂机动动作。此外，它对负载不确定性和风力干扰表现出高鲁棒性，且无需在负载上添加任何传感器，实用性强。