Body-Motion Control of a Simulated Aerial Swarm from a First-Person View
作者: Yang Chen, Darius Giannoli, Dario Floreano
分类: cs.RO
发布日期: 2026-09-16
备注: 7 pages, 8 figures. Submitted to the 2027 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII 2027)
💡 一句话要点
提出上半身运动控制接口以提升无人机群体第一人称视角导航效率
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control) 支柱六：视频提取与匹配 (Video Extraction)
关键词: 无人机群体 第一人称视角 身体运动控制 遥控技术 导航效率 人机交互 模拟实验
📋 核心要点
- 现有的FPV遥控方法在协调无人机群体的移动和视角时存在效率低下的问题。
- 本文提出了一种新型的上半身运动控制接口，通过身体姿态映射实现对无人机群体的高效控制。
- 实验结果表明，使用身体运动控制的导航效率显著提高，完成时间减少，指令变异性降低。
📝 摘要（中文）
第一人称视角（FPV）遥控无人机群体需要操作者协调集体移动、视角和队形间距。本文提出了一种上半身接口，将躯干倾斜、手部位置和头部旋转映射到五个连续的指令维度。通过对每位参与者的中性姿势和运动范围进行校准，进行了一项包含14名参与者的实验，参与者使用该接口和传统发射器在三维障碍课程中导航15个模拟无人机。结果显示，身体运动控制将完成时间缩短了19.4%，质心路径长度减少了7.0%，并提高了路径的直接性。指令变化的变异性降低了88.8%，并且同时指令变化的频率更高。所有参与者报告身体运动控制带来了更高的身体需求，因此该接口在提高FPV导航效率的同时增加了身体负担。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决第一人称视角遥控无人机群体时操作者在协调移动、视角和队形间距方面的效率低下问题。现有方法在这些方面的控制精度和响应速度不足，导致导航效率低下。
核心思路：论文提出了一种上半身运动控制接口，通过将操作者的躯干倾斜、手部位置和头部旋转映射到五个连续的指令维度，从而实现对无人机群体的精确控制。这种设计旨在利用自然的身体动作来提高操作者的控制效率。
技术框架：整体架构包括三个主要模块：身体姿态传感模块、指令映射模块和无人机控制模块。身体姿态传感模块负责实时捕捉操作者的身体动作，指令映射模块将这些动作转换为具体的控制指令，而无人机控制模块则根据指令调整无人机的行为。
关键创新：最重要的技术创新在于将身体运动与无人机控制直接关联，显著提高了操作者的控制精度和响应速度。这与传统的遥控器操作方式形成鲜明对比，后者往往需要更多的时间来适应和执行指令。
关键设计：在设计中，参与者的中性姿势和运动范围经过精细校准，以确保每位参与者都能在最佳状态下使用接口。此外，指令的过滤和校准策略也经过优化，以减少指令变化的变异性。实验中使用的具体参数和设置确保了系统的稳定性和响应性。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果显示，使用身体运动控制的导航效率显著提高，完成时间缩短了19.4%，质心路径长度减少了7.0%。此外，指令变化的变异性降低了88.8%，并且同时指令变化的频率更高，表明该方法在控制精度和响应速度上具有显著优势。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括无人机群体的搜索与救援、环境监测以及军事侦察等场景。通过提高操作者的控制效率，能够在复杂环境中更快速地完成任务，具有重要的实际价值和未来影响。
📄 摘要（原文）
First-person-view (FPV) teleoperation of aerial swarms requires an operator to coordinate collective translation, viewing direction, and formation spacing. We present an upper-body interface that maps torso inclination, hand position, and head rotation to five continuous command dimensions. Neutral postures and motion ranges are calibrated for each participant. In a within-subject study, 14 participants navigated a simulated 15-agent swarm through three-dimensional obstacle courses using this interface and a conventional transmitter. Body-motion control reduced completion time by 19.4% and centroid path length by 7.0%, and increased path directness. Delivered-command variation was 88.8% lower, and concurrent command changes were more frequent. These command measures characterize the complete interfaces, which differed in calibration and filtering. No differences were detected in gate-centering error, collection yield, crash or disconnection counts, overall workload, or usability. All participants reported higher physical demand with body-motion control. The implemented interface therefore improved FPV navigation efficiency at the cost of greater physical demand.