Autonomous aerial perching and unperching using omnidirectional tiltrotor and switching controller

本研究提出了一种新的空中机器人，能够在飞行过程中自主地在/从铁磁性表面上进行停靠和起飞，并提出了一种切换控制器以避免转换过程中的旋转饱和和减轻过冲。为了实现在垂直表面上稳定的停靠和起飞，首先开发了一个轻量级（约1公斤），完全驱动的倾转旋翼，能够在90度俯仰角悬停。我们设计了一个由单个舵机和磁铁组成的停靠/起飞模块，然后将其安装在倾转旋翼上。提出了一个切换控制器，包括专门用于自由飞行和停靠之间转换的独占控制模式。最后，我们提出了一种简单但有效的策略，以确保在测量和控制误差存在的情况下稳健的停靠，并避免在起飞后立即与停靠点发生碰撞。我们在实验中验证了所提出的框架，其中倾转旋翼成功地在垂直表面上进行了停靠和起飞。我们进一步展示了所提出的转换模式在切换控制器中的有效性，通过消融研究，发现大幅过冲甚至与停靠点碰撞的情况。据作者所知，本研究提出了第一个使用完全驱动的倾转旋翼的自主空中起飞框架。

本篇论文旨在解决多旋翼飞行器在空中离开铁磁性表面时的问题，并提出了一种新的框架来实现自动附着和脱附，以及切换控制器来避免过冲和饱和问题。

本文提出了一种轻量级的全动力倾转旋翼，可以在90度俯仰角时悬停，并设计了一个由单个伺服电机和磁铁组成的附着/脱附模块，然后将其安装在倾转旋翼上，同时提出了一种切换控制器，包括用于自由飞行和附着之间的过渡的独家控制模式。

实验验证了倾转旋翼在飞行中成功地在垂直表面上实现了附着和脱附，并提出了一种简单但有效的策略，以确保在测量和控制误差存在的情况下实现稳健的附着，并避免在脱附后立即与附着点发生碰撞。本文提出的思路具有一定的创新性。

近期的相关研究包括：1.《A Review of Perching and Landing for Micro Aerial Vehicles》；2.《Design and Implementation of a Perching Mechanism for a Micro Aerial Vehicle》；3.《A Review on Recent Advances in Perching and Landing of Micro Aerial Vehicles》等。