能自主导航的单执行器自旋无人机

PULSAR (powered-flying ultra-underactuated LiDAR sensing aerial robot)

无人机在很大程度上依靠视觉传感器来感知障碍物和探索环境。由于传感器视场较小，无人机在感知能力和任务效率方面都受到限制。一个解决方案是利用无人机的自旋运动来扩大传感器的视野，而不消耗额外的能量。这种能够由电机反扭矩引起的自然运动很少被现有的无人机所利用，因其高度耦合和非线性的动力学导致在设计和控制方面存在困难，以及高速自旋带来的导航挑战。在这里，我们提出了有动力飞行的超欠驱动雷达传感空中机器人“脉冲星（PULSAR）”，这是一种灵活的自旋无人机，其在三维空间的运动仅依靠单个执行器（电机）产生的推力和力矩来控制。单执行器设计有效地减少了动力飞行的能量损失，因此，PULSAR比具有相同桨叶面积和载荷的四旋翼无人机少消耗26.7%的能量，同时保持了良好的敏捷性。在机载雷达传感器的支持下，PULSAR可以在未知环境中执行自主导航，并在没有任何外部仪器的情况下检测环境中的静态和动态障碍物。我们利用PULSAR在环境探索和多方向动态避障方面进行了实验，结果显示通过自旋扩展FoV可以提高感知能力、任务效率和飞行安全的提高。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.ade4538