自旋转三旋翼无人机：用于视场扩张和自主飞行
机器人学
2026-03-31 v1
摘要
无人机（UAV）的感知依赖 onboard 感测器如摄像头和 LiDAR，这些感测器受限于狭窄的视场（FoV）。我们提出了Self-Perception INertial Navigation Enabled Rotorcraft（SPINNER），一种用于视场扩张和自主飞行的自旋转三旋翼无人机。通过连续旋转运动，在不增加额外感测器或能耗的情况下，SPINNER显著扩大了 onboard 摄像头和 LiDAR传感器的FoV，从而提高了环境感知效率。SPINNER仅使用三个无刷电机即可实现三维位置和 roll--pitch姿态控制，同时通过anti-torque板设计调整旋转速度。为解决由旋转飞行引起的强耦合、强非线性和复杂扰动问题，我们发展了一种结合非线性模型预测控制（MPC）和递增非线性动力学反馈的扰动补偿控制框架。实验结果表明，SPINNER在最高4.8 m/s的风力扰动下仍能保持稳健飞行，并实现最高2.0 m/s的高精度轨迹跟踪。此外，停车场和森林中的测试显示，旋转感知机制在显著提高FoV覆盖率方面发挥了作用，增强了SPINNER的感知能力。
引用
@article{arxiv.2603.28581,
title = {A Self-Rotating Tri-Rotor UAV for Field of View Expansion and Autonomous Flight},
author = {Xiaobin Zhou and Zihao Zheng and Aoxu Jin and Lei Qiang and Bo Zhu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.28581},
year = {2026}
}