Towards Quadruped-Provided Localization and Active Tracking for Micro-UAVs
作者: Alejandro Lorite Mora, Andrés Faíña
分类: cs.RO
发布日期: 2026-10-05
备注: 12 pages, 5 figures. Submitted version (before peer review) of a paper accepted at CLAWAR 2026, Cranfield, UK, 14 to 16 September 2026. The published version, titled "Towards Quadruped-Provided Localization and Active Tracking for Nano-UAVs", will appear in the CLAWAR 2026 proceedings (Springer, Lecture Notes in Networks and Systems)
💡 一句话要点
提出基于四足机器人定位与主动跟踪的微型无人机解决方案
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 微型无人机 四足机器人 定位与跟踪 自主飞行 AprilTag标记 环境感知 机器人协作
📋 核心要点
- 现有微型无人机在自主飞行中面临传感器能力不足的问题，无法实现高精度定位与跟踪。
- 本文提出将定位任务转移至四足机器人，通过其臂部摄像头主动跟踪无人机，提升定位精度。
- 实验表明，采用该方法后，跟踪误差显著降低，微-UAV的飞行精度达到2-5厘米，满足自主飞行需求。
📝 摘要（中文）
微型无人机（微-UAV）因体积小而能进入大型机器人无法到达的狭小空间，但其自身的传感和计算能力不足以支持自主飞行。本文将定位任务完全转移到一个具有7自由度臂的四足机器人上，该机器人为微-UAV提供完整的6自由度位姿。通过臂端的摄像头检测无人机上的AprilTag标记，并将该观测与四足机器人的自我定位结合，形成共享地图框架，使地面机器人能够定位其伙伴，而不仅仅是相对跟踪。实验结果显示，四足机器人主动跟随无人机将跟踪误差从11.0厘米降低到6.9厘米，显著提高了无人机的自主飞行精度。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决微型无人机在自主飞行中由于自身传感器能力不足而导致的定位与跟踪精度低的问题。现有方法通常依赖无人机自身的传感器，无法提供足够的定位精度。
核心思路：通过将定位任务转移到四足机器人上，利用其7自由度的臂部和摄像头主动跟踪无人机，从而实现高精度的6自由度位姿估计。该设计使得地面机器人能够在共享地图框架中定位无人机，而不仅仅是相对跟踪。
技术框架：整体架构包括四足机器人与微-UAV的协同工作。四足机器人负责实时定位和跟踪，使用摄像头检测AprilTag标记，并将其与自身的自我定位信息结合，形成一个共享的地图框架。微-UAV则携带惯性测量单元，融合外部位姿信息进行飞行控制。
关键创新：最重要的创新在于将定位任务从微-UAV转移到四足机器人上，使得无人机能够在更高精度的环境中进行自主飞行。这种方法与传统的依赖无人机自身传感器的方式有本质区别。
关键设计：在设计中，四足机器人通过主动控制其臂部位置，保持无人机在视野范围内，从而提高标记检测的准确性。实验中，外部位姿的准确度达到12-16毫米，显著提升了无人机的飞行精度。具体的参数设置和损失函数设计未在摘要中详细说明，需参考原文获取更多细节。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果显示，四足机器人主动跟随微-UAV后，跟踪误差从11.0厘米降低至6.9厘米，显著提高了无人机的定位精度。外部位姿的准确度达到12-16毫米，使得无人机能够在2-5厘米的范围内进行自主飞行控制。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括城市搜索与救援、环境监测以及农业巡检等场景。通过提高微型无人机的定位与跟踪能力，可以在复杂环境中实现更高效的任务执行，具有重要的实际价值和广泛的应用前景。
📄 摘要（原文）
Micro unmanned aerial vehicles (micro-UAVs) are small enough to reach confined spaces that larger robots cannot access, but too small to carry the sensing and computing power required for autonomous flight. We move the localization stack entirely off the aerial platform onto a quadruped robot with a 7-degree-of-freedom (DOF) arm, which supplies the micro-UAV (27 g bare, 42 g with fiducial markers) its full 6-DOF pose. A camera at the arm's end-effector detects AprilTag fiducial markers on the drone and composes that observation with the quadruped's own self-localization to place the drone in a shared map frame, so the ground robot localizes its partner, rather than only tracking it relative to the camera. The arm acts as an actively-controlled observer, repositioning to keep the drone in view as both robots move; the drone carries only an inertial measurement unit and fuses the external pose to fly commanded setpoints. In lab flights the external pose is accurate to 12-16 mm, enough to fly the drone autonomously within 2-5 cm of motion-capture-fed control. Having the quadruped actively follow the drone reduces the tracking error from 11.0 cm to 6.9 cm by holding the camera in the close range, where the markers are most accurate.