MorphoCopter：面向可变形四旋翼-双旋翼的设计、建模与控制
机器人学
2026-01-05 v1
摘要
本文提出一种新型可变形四旋翼机，命名为MorphoCopter，涵盖其设计、建模、控制及实验验证。其独特之处在于采用单一旋转关节，使其能够快速变形为超窄轮廓。尽管四旋翼机因其在影视、农业及灾后救援等领域的广泛应用日益成熟，但其硬件配置仍 largely 未变，限制了其在特定环境中的应用能力。我们的设计通过实现飞行时硬件配置的动态变更来克服这一限制。标准飞行模式下，MorphoCopter采用X型配置，功能为传统四旋翼；但可在数秒内迅速折叠为堆叠式双旋翼或其他介于二者之间的配置。现有可变形设计往往在紧凑配置下牺牲可控性，或依赖复杂的多关节系统。此外，我们的设计实现了超过任何现有方案的宽度缩减。我们开发了一种新的惯性及控制动作感知自适应控制系统，确保在所有旋转关节配置下均保持稳健性能。该原型机可在数秒内将宽度从447 mm 缩减至138 mm（几乎70%的缩减）。我们通过严格的仿真和详尽的飞行实验验证了MorphoCopter，包括鲁棒性测试、轨迹跟踪及窄间隙通过测试。
引用
@article{arxiv.2506.07204,
title = {MorphoCopter: Design, Modeling, and Control of a New Transformable Quad-Bi Copter},
author = {Harsh Modi and Hao Su and Xiao Liang and Minghui Zheng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.07204},
year = {2026}
}