可动态重构的旋翼飞行器设计与运动特性分析

来源：机器人杂志2021年第5期北京时间：

作者：赵昌丽, 郭达, 王续乔, 尹鹏飞

摘要：针对旋翼飞行器因机体结构受运动路径中空间变窄限制而无法连续穿越的问题，研究设计了一种可动态重构的旋翼飞行器，通过改变机体构形实现对空间变化的运动应对，提高飞行器在复杂环境下连续运动作业的能力．该系统采用链式模块化结构，通过旋转关节实现构形的2维变化．根据机体结构特点和运动控制方式，基于D-H（Denavit-Hartenberg）规则推导了空间变换矩阵，求解了变化重心，建立了机体运动学模型．基于几何、动力和控制响应约束，提出了构形变换的求解方法，并针对该模型给出了边界条件．最后进行了飞行器稳定性、操纵性及临界构形实验．结果表明，构形变换过程中，飞行器姿态稳定，无明显突变，各轴向最大变化量在4°以内；濒近临界构形时飞行器操控顺畅，跟踪控制响应能够在0.1：s内完成．实验验证了姿态可控的临界构形角度集为180°，180°，113°，通过几何运算，采用固定航向方式，飞行器的通过半径可缩小21.89%，结合航向控制的方式，最大通过半径可缩小67%．飞行器具备稳健完成动态重构和通过窄间隙的能力．

关键词：旋翼飞行器, 变结构, 多节链式, 动态重构, 临界构形, 狭窄空间