A novel quadcopter capable of changing shape mid-flight is presented, allowing for operation in four configurations with the capability of sustained hover in three. This is accomplished without requiring actuators beyond the four motors typical of a quadcopter. Morphing is achieved through freely-rotating hinges that allow the vehicle arms to fold downwards by either reducing or reversing thrust forces. Constraints placed on the control inputs of the vehicle prevent the arms from folding or unfolding unexpectedly. This allows for the use of existing quadcopter controllers and trajectory generation algorithms with only minimal added complexity. For our experimental vehicle at hover, we find that these constraints result in a 36% reduction of the maximum yaw torque the vehicle can produce, but do not result in a reduction of the maximum thrust or roll and pitch torques. Experimental results show that, for a typical maneuver, the added limits have a negligible effect on trajectory tracking performance. Finally, the ability to change configurations is shown to enable the vehicle to traverse small passages, perch on hanging wires, and perform limited grasping tasks.


翻译:展示了一个能够改变中空形状的新颖的四方机, 允许以四个配置运作, 能够持续盘旋为三。 完成这一任务时, 不需要超过典型的四部四轮驱动发动机的驱动器。 摩托通过自由旋转的断层实现, 使车辆的手臂通过减速或倒转推力向下折叠。 对车辆控制投入的限制阻止了手臂的折叠或意外地发展。 这允许使用现有的四轮控制器和轨迹生成算法, 且只增加最小的复杂度。 对于我们悬浮的实验车来说, 我们发现这些制约导致该车辆能生产的最大电线减少36%, 但不会导致最大推力或滚动和投转推力的减少。 实验结果表明, 对于典型的操作来说, 增加的极限对轨迹跟踪性效果影响微不足道。 最后, 显示改变配置的能力使车辆能够绕过小通道, 移动挂线, 并完成有限的抓取任务 。

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