論文の概要: MARS-Dragonfly: Agile and Robust Flight Control of Modular Aerial Robot Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.05499v1
• Date: Tue, 07 Apr 2026 06:43:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-08 17:42:09.670115
• Title: MARS-Dragonfly: Agile and Robust Flight Control of Modular Aerial Robot Systems
• Title（参考訳）: MARS-Dragonfly: モジュール型空中ロボットシステムのアジャイルとロバスト飛行制御
• Authors: Rui Huang, Zhiqian Cai, Siyu Tang, Pengxuan Wei, Lidong Li, Xin Chen, Wenhan Cao, Zhenyu Zhang, Lin Zhao,
• Abstract要約: モジュラー・エアリアル・ロボット・システム(MARS)は、再構成可能な連結構造を持つ複数のドローンユニットから構成される。 MARSは単純な準静的モデルと規則に基づくアロケーションに依存しており、不連続かつ非有界なモーターコマンドを生成する。 我々は、受動ドッキング、検出不要な受動ロック、磁気アシスト分離が可能な小型機械システムを開発した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 21.471271822760276
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Modular Aerial Robot Systems (MARS) comprise multiple drone units with reconfigurable connected formations, providing high adaptability to diverse mission scenarios, fault conditions, and payload capacities. However, existing control algorithms for MARS rely on simplified quasi-static models and rule-based allocation, which generate discontinuous and unbounded motor commands. This leads to attitude error accumulation as the number of drone units scales, ultimately causing severe oscillations during docking, separation, and waypoint tracking. To address these limitations, we first design a compact mechanical system that enables passive docking, detection-free passive locking, and magnetic-assisted separation using a single micro servo. Second, we introduce a force-torque-equivalent and polytope-constraint virtual quadrotor that explicitly models feasible wrench sets. Together, these abstractions capture the full MARS dynamics and enable existing quadrotor controllers to be applied across different configurations. We further optimize the yaw angle that maximizes control authority to enhance agility. Third, building on this abstraction, we design a two-stage predictive-allocation pipeline: a constrained predictive tracker computes virtual inputs while respecting force/torque bounds, and a dynamic allocator maps these inputs to individual modules with balanced objectives to produce smooth, trackable motor commands. Simulations across over 10 configurations and real-world experiments demonstrate stable docking, locking, and separation, as well as effective control performance. To our knowledge, this is the first real-world demonstration of MARS achieving agile flight and transport with 40 deg peak pitch while maintaining an average position error of 0.0896 m. The video is available at: https://youtu.be/yqjccrIpz5o
• Abstract（参考訳）: モジュラー・エアリアル・ロボット・システムズ (MARS) は、複数のドローンユニットで構成されており、様々なミッションシナリオ、故障状況、ペイロード能力に高い適応性を提供する。 しかし、MARSの既存の制御アルゴリズムは、単純な準静的モデルとルールベースのアロケーションに依存しており、不連続かつ非有界なモーターコマンドを生成する。 これにより、ドローンユニットの数がスケールするにつれて、姿勢エラーが蓄積され、ドッキング、分離、ウェイポイントトラッキングの間、最終的に激しい振動を引き起こします。 これらの制約に対処するため,我々はまず,マイクロサーボを用いた受動ドッキング,検出不要な受動ロック,磁気アシスト分離が可能な小型機械システムを設計した。 第二に、実効性レンチ集合を明示的にモデル化する力トルク等価かつポリトープ制約仮想二次体を導入する。 これらの抽象化は、完全にMARSのダイナミクスをキャプチャし、既存の4倍体コントローラを異なる構成で適用できるようにする。 さらに、アジリティを高めるためにコントロール権限を最大化するヨーアングルを最適化します。 制約付き予測トラッカーは、力/トルク境界を尊重しながら仮想入力を計算し、動的アロケータはこれらの入力をバランスの取れた目的を持った個々のモジュールにマッピングし、滑らかで追跡可能なモーターコマンドを生成する。 10以上の構成と実世界の実験のシミュレーションでは、ドッキング、ロック、分離、効果的な制御性能が実証されている。 われわれの知る限り、これはMARSがアジャイル飛行と輸送を40デグのピークピッチで達成し、平均位置誤差0.0896mを維持した最初の実世界の実演である。 ビデオは、https://youtu.be/yqjccrIpz5o.comで公開されている。

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