基于全向倾转无人机的自主空中攀爬与脱离控制方法

空中攀爬相较于脱离，无人机研究工作相对鲜少。本文提出一种能够在飞行中实现自主攀爬与脱离的新型无人机，以及一种用于避免转向期间电机饱和和减小超调的切换控制器。为实现垂直表面的稳定攀爬与脱离动作，首先开发了一种轻型（约 $1$ \si{kg}）、全向控制的倾转无人机，其可在 $90^\circ$ 俯仰角下悬停。随后，我们设计了由单电机和磁铁组成的攀爬/脱离模块，并将其安装在倾转无人机上。提出一种包含自由飞行与攀爬之间转换模式的切换控制器。最后，我们提出一种简单而有效的策略，以鲁棒方式确保在测量误差和控制误差存在的情况下实现稳健的攀爬，并避免在脱离后立即碰撞攀爬点。我们在实验中验证了所提框架，倾转无人机成功完成了在垂直表面上进行的攀爬与脱离动作。进一步通过消融研究表明，所提转向模式在切换控制器中有效性显著，若不采用该模式，容易出现大幅超调甚至与攀爬点碰撞。鉴于作者所知，这是首个使用全向控制倾转无人机实现自主空中脱离的框架。