MorphoCopter: Design, Modeling, and Control of a New Transformable Quad-Bi Copter

要約

このペーパーでは、モルフォコプターという名前の新しいモーフィング象限を紹介し、その設計、モデリング、制御、および実験テストをカバーしています。
これは、迅速な変換を超ナロープロファイルにすることを可能にするユニークなシングルロータリージョイントを備えています。
四重視点は、ますます洗練された制御システムを備えた映画撮影、農業、災害管理などの用途で広範な採用を見てきましたが、そのハードウェア構成はほとんど変化しておらず、特定の環境で能力を制限しています。
当社の設計は、必要に応じてハードウェア構成がその場で変更できるようにすることにより、これに対処します。
標準飛行モードでは、MorphocopterはX構成を採用し、従来のクアッドコプターとして機能しますが、積み重ねられたビコプターの配置またはその間の任意の構成にすばやく折りたたむことができます。
既存のモーフィング設計は、コンパクトな構成で制御性を犠牲にするか、複雑なマルチジョイントシステムに依存することがよくあります。
さらに、当社の設計は、既存のソリューションよりも大きな幅の減少を実現します。
すべてのロータリージョイント構成にわたって堅牢なパフォーマンスを維持する新しい慣性および制御アクション認識適応制御システムを開発します。
プロトタイプは、わずか数秒で幅を447 mmから138 mm（70 \％近くの減少）に減らすことができます。
厳密なシミュレーションと、堅牢性テスト、軌跡追跡、狭いギャップの合格テストを含む包括的な飛行実験を通じて、モルフォコプターを検証しました。

要約(オリジナル)

This paper presents a novel morphing quadrotor, named MorphoCopter, covering its design, modeling, control, and experimental tests. It features a unique single rotary joint that enables rapid transformation into an ultra-narrow profile. Although quadrotors have seen widespread adoption in applications such as cinematography, agriculture, and disaster management with increasingly sophisticated control systems, their hardware configurations have remained largely unchanged, limiting their capabilities in certain environments. Our design addresses this by enabling the hardware configuration to change on the fly when required. In standard flight mode, the MorphoCopter adopts an X configuration, functioning as a traditional quadcopter, but can quickly fold into a stacked bicopters arrangement or any configuration in between. Existing morphing designs often sacrifice controllability in compact configurations or rely on complex multi-joint systems. Moreover, our design achieves a greater width reduction than any existing solution. We develop a new inertia and control-action aware adaptive control system that maintains robust performance across all rotary-joint configurations. The prototype can reduce its width from 447 mm to 138 mm (nearly 70\% reduction) in just a few seconds. We validated the MorphoCopter through rigorous simulations and a comprehensive series of flight experiments, including robustness tests, trajectory tracking, and narrow-gap passing tests.

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