論文の概要: Unifying Quadrotor Motion Planning and Control by Chaining Different Fidelity Models

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.12427v1
• Date: Sat, 13 Dec 2025 18:53:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 08:17:40.331414
• Title: Unifying Quadrotor Motion Planning and Control by Chaining Different Fidelity Models
• Title（参考訳）: 異なる忠実度モデルの連結による擬似運動計画と制御の統一化
• Authors: Rudolf Reiter, Chao Qin, Leonard Bauersfeld, Davide Scaramuzza,
• Abstract要約: Uniqueは統一的なMPCであり、単一の最適化内で異なる忠実度のモデルをカスケードする。 水平線に沿った標準的障害物を変形させる3Dプログレッシブ・スムースティング・スケジュールを提案する。 Uniqueは、標準的なMPCや階層的なプランナートラッカーベースラインと比較して、クローズドループ位置または速度トラッキングを最大75%改善する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 23.059638804041672
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Many aerial tasks involving quadrotors demand both instant reactivity and long-horizon planning. High-fidelity models enable accurate control but are too slow for long horizons; low-fidelity planners scale but degrade closed-loop performance. We present Unique, a unified MPC that cascades models of different fidelity within a single optimization: a short-horizon, high-fidelity model for accurate control, and a long-horizon, low-fidelity model for planning. We align costs across horizons, derive feasibility-preserving thrust and body-rate constraints for the point-mass model, and introduce transition constraints that match the different states, thrust-induced acceleration, and jerk-body-rate relations. To prevent local minima emerging from nonsmooth clutter, we propose a 3D progressive smoothing schedule that morphs norm-based obstacles along the horizon. In addition, we deploy parallel randomly initialized MPC solvers to discover lower-cost local minima on the long, low-fidelity horizon. In simulation and real flights, under equal computational budgets, Unique improves closed-loop position or velocity tracking by up to 75% compared with standard MPC and hierarchical planner-tracker baselines. Ablations and Pareto analyses confirm robust gains across horizon variations, constraint approximations, and smoothing schedules.
• Abstract（参考訳）: 四面体を含む多くの空中作業は、即時反応と長距離計画の両方を要求する。 高忠実度モデルは正確な制御を可能にするが、長い水平線では遅すぎる; 低忠実度プランナーはスケールするが、閉ループ性能は低下する。 単一最適化において異なる忠実度モデルをカスケードする統一MPCであるUniqueを,高精度制御のための短水平高忠実度モデル,計画のための長水平低忠実度モデルを提案する。 我々は地平線をまたいでコストを調整し、点-質量モデルに対する実現可能性保存推力とボディレートの制約を導出し、異なる状態、推力誘起加速度、およびジャーク-ボディレートの関係に一致する遷移制約を導入する。 非平滑なクラッタから生じる局所的最小値を回避するため,水平線に沿った標準的障害物を変形する3次元進行スムースなスケジュールを提案する。 さらに, 並列初期化MPCソルバを配置し, 長大かつ低忠実な地平線上に低コストな局所最小値を求める。 シミュレーションと実飛行では、同じ計算予算の下で、Uniqueは標準的なMPCや階層的なプランナートラッカーベースラインと比較して、クローズドループの位置または速度追跡を最大75%改善する。 アブレーションとパレート解析は、水平方向の変動、制約近似、スムーズなスケジュールにわたって頑健な利得を裏付ける。

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