論文の概要: Decentralized Geometric Control for Cable-Suspended Payload Transport with Adaptive Mass Estimation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.00024v1
• Date: Sat, 20 Jun 2026 15:33:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-05 17:01:29.630021
• Title: Decentralized Geometric Control for Cable-Suspended Payload Transport with Adaptive Mass Estimation
• Title（参考訳）: 適応質量推定を用いたケーブル懸架ペイロード輸送のための分散幾何制御
• Abstract要約: GPACは、中央コーディネータを使わずに、ケーブルで吊るされたペイロードを輸送することができる。 それぞれのクオータは、ローカルケーブルの測定から、その効果的な負荷共有を独立に推定する。 ペイロードの位置は各エージェントのケーブル形状から局所的に再構成される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8972395008645466
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Cooperative aerial transport requires controllers that respect nonlinear manifold geometry, operate without centralized coordination, and respect operational safety constraints. To address these demands, we present GPAC, a four-layer hierarchical architecture that enables $N$ quadrotors to transport a cable-suspended payload without a central coordinator or by exchanging cable states or adaptive parameters. The key insight is implicit coordination: each quadrotor independently estimates its effective load share from local cable measurements, so combined forces converge to the correct total, even without knowledge of $N$ or the payload mass; the payload position is reconstructed locally from each agent's own cable geometry, and the only inter-agent communication is a low-rate neighbor-position broadcast for collision avoidance. GPAC operates directly on the full nonlinear configuration manifold and integrates geometric position and attitude control, anti-swing regulation, an extended-state observer for wind rejection, concurrent learning-based mass estimation without persistent excitation, and a priority-ordered control barrier function (CBF)-inspired safety filter that reduces operational risk, with input-to-state safety (ISSf) margins that hold exactly under single-constraint activation. A compatibility result shows that the filter's force modifications keep the desired attitude within the almost-global stability region of the $\mathrm{SO}(3)$ attitude controller. Finally, high-fidelity simulation with flexible cables, onboard sensor fusion, and wind turbulence -- with all control and estimation loops closed through the estimator -- yields a mean payload-tracking RMSE of 33.8 cm (2.8\% coefficient of variation over 13 seeds) at a low per-agent computational cost.
• Abstract（参考訳）: 協調的な航空輸送には、非線形多様体の幾何学を尊重し、集中的な調整なしに操作し、運用上の安全制約を尊重するコントローラが必要である。 これらの要求に対処するため、GPACは、中央コーディネータやケーブル状態や適応パラメータを交換することなく、$N$の4層構造で、ケーブルサスペンドペイロードを輸送することができる。 重要な洞察は暗黙の協調であり、各四重項器は独立に局所的なケーブル測定から実効的な負荷分配を推定するため、結合力はN$やペイロード質量の知識がなくても正しい総和に収束し、ペイロード位置は各エージェントのケーブル幾何学から局所的に再構成され、衝突回避のための低レートの隣り合わせ放送である。 GPACは、全非線形構成多様体上で直接動作し、幾何学的位置と姿勢制御、反投射制御、風の拒絶のための拡張状態オブザーバー、持続的励振のない同時学習に基づく質量推定、および単一制約のアクティベーションを正確に保持する入力-状態間安全(ISSf)マージンを用いて、運用上のリスクを低減した優先度順序制御バリア機能(CBF)にインスパイアされた安全フィルタを統合する。 整合性の結果、フィルタの力修正により、所望の姿勢が、$\mathrm{SO}(3)$の姿勢制御器のほぼグローバルな安定性領域に保たれることを示す。 最後に、フレキシブルケーブル、オンボードセンサーフュージョン、風乱流による高忠実度シミュレーション - 推定器を通して全ての制御と推定ループが閉じた - は、平均ペイロード追跡RMSEの33.8 cm (2.8 %の13種に対する変動係数)を低い計算コストで得る。

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