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UAVarXiv:2603.28581

視野拡大と自律飛行のための自旋回転型三ローターUAV

A Self-Rotating Tri-Rotor UAV for Field of View Expansion and Autonomous Flight

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追加センサーなしで機体を自転させてカメラやLiDARの視野を広げる三ローターUAVを提案し、外乱補償制御で安定飛行と高精度軌道追従を実証した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 自己回転するtri-rotor UAV「SPINNER」を提案。 - 連続スピン運動により、追加センサやエネルギー消費なしでカメラとLiDARのFoVを拡大。 - 3つのブラシレスモータのみで3次元位置とroll-pitch姿勢を制御。 - 反トルク板設計で回転速度を調整。 - スピン飛行による強い結合、非線形性、複雑な外乱に対処する制御フレームワークを開発。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来のUAVはカメラやLiDARの狭いFoVに制限される。 - 追加センサやエネルギー消費なしでFoVを拡大する点が新しい。 - 3つのモータのみで3次元位置とroll-pitch姿勢を制御し、回転速度も調整可能。 - スピン飛行の課題に対処する制御フレームワークを提案。

3. 技術・手法の肝は?

- 自己回転するtri-rotor UAV「SPINNER」の設計。 - 反トルク板による回転速度調整。 - 非線形MPCとincremental nonlinear dynamic inversionを組み合わせた外乱補償制御フレームワーク。 - スピン飛行による強い結合、非線形性、複雑な外乱に対処。

4. どうやって有効だと検証した?

- 風外乱最大4.8 m/s下でロバストな飛行を維持。 - 最大速度2.0 m/sで高精度な軌道追従を達成。 - 駐車場と森林でのテストで、回転知覚メカニズムがFoVカバレッジと知覚能力を大幅に改善することを示した。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究は明示されていない。 - 関連手法としてnonlinear model predictive control (MPC)やincremental nonlinear dynamic inversionが挙げられる。 - 同分野の定番としてUAVのFoV拡大や自律飛行に関する研究が考えられる。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Xiaobin Zhou, Zihao Zheng, Aoxu Jin, Lei Qiang, Bo Zhu

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) perception relies on onboard sensors like cameras and LiDAR, which are limited by the narrow field of view (FoV). We present Self-Perception INertial Navigation Enabled Rotorcraft (SPINNER), a self-rotating tri-rotor UAV for the FoV expansion and autonomous flight. Without adding extra sensors or energy consumption, SPINNER significantly expands the FoV of onboard camera and LiDAR sensors through continuous spin motion, thereby enhancing environmental perception efficiency. SPINNER achieves full 3-dimensional position and roll--pitch attitude control using only three brushless motors, while adjusting the rotation speed via anti-torque plates design. To address the strong coupling, severe nonlinearity, and complex disturbances induced by spinning flight, we develop a disturbance compensation control framework that combines nonlinear model predictive control (MPC) with incremental nonlinear dynamic inversion. Experimental results demonstrate that SPINNER maintains robust flight under wind disturbances up to 4.8 \,m/s and achieves high-precision trajectory tracking at a maximum speed of 2.0\,m/s. Moreover, tests in parking garages and forests show that the rotational perception mechanism substantially improves FoV coverage and enhances perception capability of SPINNER.

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