RotorSuite: A MATLAB/Simulink Toolbox for Tilt Multi-Rotor UAV Modeling
Department of Information Engineering University of Padova（信息工程系帕多瓦大学）
RotorSuite是一种用于倾斜多旋翼无人机建模的MATLAB/Simulink工具箱，通过分析和物理方法提供精确的动态建模和仿真，适用于教学、研究和工业开发。
2026-02-21 cs.RO cs.SY eess.SY
Autonomous Quadrotor Flight despite Rotor Failure with Onboard Vision Sensors: Frames vs. Events
University of Zurich（苏黎世大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
容错控制对于四旋翼等安全关键系统至关重要。最先进的飞行控制器可以稳定和控制四旋翼机，即使在完全失去旋翼的情况下。然而，这些方法依赖于外部传感器，例如GPS或运动捕捉系统，用于状态估计。据我们所知，仅使用机载传感器还无法实现这一目标。在本文中，我们提出了第一个算法，结合容错控制和板载基于视觉的状态估计，以实现位置控制的四旋翼受到一个转子完全故障。实验验证表明，我们的方法是能够准确地控制在电机故障的情况下，没有任何外部传感器的帮助下，四旋翼的位置。对基于视觉的状态估计的主要挑战源于损坏的四旋翼的不可避免的高速偏航旋转（超过20 rad/s），导致相机的运动模糊，这对视觉惯性里程计（VIO）是有害的。我们比较了两种类型的视觉输入的基于视觉的状态估计算法：标准帧和事件。实验结果表明，由于其固有的高动态范围和高时间分辨率，使用事件相机的优势，特别是在弱光环境中。我们相信，我们的方法将使自主四旋翼在GPS拒绝或退化的环境中更安全。我们将控制器和VIO算法开源。
2021-02-26 cs.RO
Ring-Rotor: A Novel Retractable Ring-shaped Quadrotor with Aerial Grasping and Transportation Capability
Zhejiang University（浙江大学）；Huzhou Institute, Zhejiang University（浙江大学湖州研究院）
提出新型可收缩环形四旋翼Ring-Rotor，通过单伺服电机变形减小尺寸并利用环形中央空间实现无机械臂的全身抓取与运输，结合时变参数NMPC策略在真实实验中验证了高通用性。
2023-04-07 cs.RO
Learning End-to-End Control for Omnidirectional Aerial Motion on Overactuated Tilt-rotor Quadrotors
本文提出基于强化学习的过驱动可倾四旋翼全方位空中运动控制方法，通过系统辨识与领域随机化提升鲁棒性和泛化能力，实现高精度姿态跟踪与零样本部署。
2026-09-21 cs.RO
Roller-Quadrotor: A Novel Hybrid Terrestrial/Aerial Quadrotor with Unicycle-Driven and Rotor-Assisted Turning
Zhejiang University（浙江大学）；School of Mechanical Engineering, Zhejiang University（浙江大学机械工程学院）；Robotics Institute of Zhejiang University（浙江大学机器人研究所）；Robotics Research Center of Yuyao City（余姚市机器人研究中心）；The State Key Laboratory of Industrial Control Technology, Zhejiang University（浙江大学工业控制技术国家重点实验室）；Huzhou Institute of Zhejiang University（浙江大学湖州研究院）
本研究提出滚轮四旋翼，一种结合空中机动与地面续航的混合无人机，通过独轮驱动与旋翼辅助转向实现节能，实验验证其无缝切换、穿越半直径间隙及显著提升续航与运行时间。
2023-06-27 cs.RO
Gait Analysis for A Tilt-rotor: The Dynamic Invertible Gait
The University of Tokyo（东京大学）
传统的基于反馈线性化的控制器，应用于倾转旋翼（八个输入），结果在倾转角的广泛的变化，这是在实践中不期望的。为了解决这个问题，我们引入了新的概念无人机步态来限制倾斜角。步态计划最初是为了解决四足机器人的控制问题。移植这种方法，伴随着反馈线性化，倾转旋翼机可能会导致众所周知的不可逆问题的解耦矩阵。在本研究中，我们探讨倾转旋翼机的可逆步态，并应用反馈线性化来稳定姿态和高度。推导了获得满秩解耦矩阵的等价条件，并将其简化为近零滚转和零俯仰。提出了几种可逆步态进行姿态高度控制试验。感兴趣区域内的可接受步态被可视化。在Simulink、MATLAB中对实验进行了仿真。结果表明，在态度和高度的有希望的反应。
2022-02-11 cs.RO cs.SY eess.SY
Towards Long-endurance Flight: Design and Implementation of a Variable-pitch Gasoline-engine Quadrotor
Temasek Laboratories, NUS（新加坡国立大学淡马锡实验室）；Department of Electrical & Computer Engineering, NUS（新加坡国立大学电气与计算机工程系）
目前大多数固定桨距的电动四旋翼飞行器的续航时间较短（$<$ 1小时），这极大地限制了它们的应用。本文提出了一种设计方法的建设长续航四旋翼使用变桨距转子和汽油发动机。该方法包括三个方面。首先，转子叶片和汽油发动机被选择为一对，以便发动机可以舒适地提供足够的升力。其次，对动力传动系统和机体进行了设计。主要的挑战包括机身振动最小化和动力传输从一个发动机到四个转子，同时保持交替转子反向旋转。最后，PD控制器进行调整，以促进初步的飞行试验。我们的汽油四旋翼原型的建造和成功飞行验证了该方法，该原型的设计飞行时间为2至3小时，最大起飞重量为10公斤。
2017-08-09 cs.RO
TJ-FlyingFish: Design and Implementation of an Aerial-Aquatic Quadrotor with Tiltable Propulsion Units
Shanghai Research Institute for Intelligent Autonomous Systems, Tongji University（同济大学上海自主智能无人系统科学中心）；The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；Nanjing University of Aeronautics and Astronautics（南京航空航天大学）；Peng Cheng Laboratory（鹏城实验室）；Zhejiang University（浙江大学）
空中-水上交通工具能够在两种最主要的流体中移动，使其更有希望用于广泛的应用。我们提出了一个原型与特殊设计的推进和推力器配置，以应付水和空气的流体性质的巨大差异。在推进方面，双速推进单元可针对不同介质切换工作范围，从而提供足够的推力并确保输出效率。对于推力器构型，推力矢量是通过推进单元绕安装臂的旋转来实现的，从而提高了水下机动性。本文介绍了一个四旋翼的概念，并在实践中的设计细节和实现。
2023-02-07 cs.RO cs.SY eess.SY
Experimental System Design of an Active Fault-Tolerant Quadrotor
New York University, Tandon School of Engineering（纽约大学坦登工程学院）
针对四旋翼旋翼故障，本文结合基于姿态误差检测并放弃偏航控制的容错控制方案与可调旋转阻力的模块化机械附件，通过实验验证其在不增加传感器和算力条件下提升安全性。
2024-04-09 cs.RO
The Structure of Merging Turbulent Jets Beneath a Small Quadrotor
Brown University（布朗大学）
本研究通过PIV测量小型悬停四旋翼的下洗尾流，明确了四股旋翼射流的合并位置与自相似演化规律，验证了低雷诺数下其仍符合经典圆形射流标度律，并揭示了湍流正应力的双峰截面特征。
2026-09-01 cs.RO physics.flu-dyn
Modular Multi-Rotors: From Quadrotors to Fully-Actuated Aerial Vehicles
Autonomous and Intelligent Robotics Laboratory (AIRLab)（自主与智能机器人实验室）；Lehigh University（莱斯大学）
针对传统定制化飞行器任务适配性差的问题，提出模块化空中机器人H-ModQuad，可通过模块配置调整负载与驱动自由度，经建模优化推力效率并验证了不同配置的驱动特性差异。
2025-08-02 cs.RO
Design, Modeling and Control for a Tilt-rotor VTOL UAV in the Presence of Actuator Failure
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Amazon（亚马逊）
实现垂直起飞和降落，同时提供长距离飞行的能力，为广泛的新的现实世界飞机应用打开了大门，同时改善了许多现有的任务。倾转旋翼垂直起降无人机（VTOL）比固定翼和多旋翼飞机更适合此类应用。这些飞机的前期工作主要涉及空气动力学性能、设计、建模和控制。然而，一个较少探索的领域是研究它们的潜在容错，由于其固有的冗余，这使得它们能够容忍一定程度的驱动故障。本文介绍了倾转旋翼垂直起落飞机作动器几种故障的容限。我们讨论了一个定制的倾转旋翼垂直起降无人机，这是一个固定翼飞机和倾转旋翼，其中四个螺旋桨可以单独旋转的四旋翼组合的设计和建模。然后，我们分析了可行的扳手空间的车辆可以产生和设计的动态控制分配，使系统能够适应执行器故障，受益于配置冗余。所提出的方法是轻量级的，并实现作为一个扩展到现有的飞行控制堆栈。大量的实验验证了该系统能够在不同的执行器故障情况下保持受控飞行。据我们所知，这项工作是第一次研究倾转旋翼垂直起降的容错，利用配置冗余。源代码和模拟可以在https://theairlab.org/vtol上访问。
2023-01-02 cs.RO cs.SY eess.SY
The Robust Gait of a Tilt-rotor and Its Application to Tracking Control -- Application of Two Color Map Theorem
The University of Tokyo（东京大学）
Rylls倾转旋翼机是一种具有八个输入的无人机;可以根据需要指定四个推力大小以及四个推力倾角，例如，基于控制规则。传统的反馈线性化方法虽然在仿真中取得了一定的成功，但在应用于Rylls倾转旋翼机的稳定控制时，存在着输入变化过大的问题。因此，我们以前的研究提出了额外的程序命名为步态规划，以抑制意外的倾斜角度的变化。结合双色映射定理，实现了倾角的鲁棒连续规划。所设计的步态对姿态的变化具有鲁棒性。然而，在进一步应用于跟踪仿真测试之前，这不是一个完整的理论。本文进一步讨论了双色映射定理下的一些步态，并对倾转旋翼机的跟踪问题进行了仿真。利用所设计的鲁棒步态和反馈线性化控制器，设计了一个匀速圆周运动参考点，使倾转旋翼机能够跟踪该参考点。满足双色映射定理的步态具有较好的鲁棒性。仿真结果表明，倾转旋翼机的跟踪是成功的。
2022-06-26 cs.RO
Cat-inspired Gaits for A Tilt-rotor -- from Symmetrical to Asymmetrical
The University of Tokyo（东京大学）
在近几十年发展起来的倾转旋翼机中，具有八个输入（四个推力和四个倾角）的Rylls模型引起了人们的极大关注。典型的反馈线性化操纵所有八个输入与一个统一的控制规则，以稳定这个倾转旋翼。最近的研究不是通过控制规则来分配倾斜角，而是预先确定倾斜角，并将推力的大小作为唯一的控制信号。这些倾斜角度被设计成模仿猫小跑步态，避免奇异解耦矩阵反馈线性化。为了完成对猫步态启发的倾转旋翼步态的讨论，本研究讨论了常见的猫步态，步行，跑步，横向驰骋，旋转驰骋的分析。研究发现，步行步态和旋转驰振步态存在奇异解耦矩阵。进一步的修改进行这两个步态，以适应反馈线性化的应用。然后将不同周期的修正后的步态应用于倾转旋翼机，进行了匀速直线运动和匀速圆周运动两种参考运动的跟踪实验。所有的实验都在Simulink、MATLAB中进行了仿真。结果表明，
2022-03-22 cs.RO
Improving the Region of Attraction of a Multi-rotor UAV by Estimating Unknown Disturbances
Faculty of Engineering, Memorial University of Newfoundland（纽芬兰纪念大学工程学院）
本文提出用神经网络估计未知扰动并融入标称模型，结合图形化技术计算LQR控制下多旋翼无人机的吸引域，实验表明该方法比传统Lyapunov方法更准确且更少保守。
2024-08-30 cs.LG cs.RO cs.SY
Design and Control of A Tilt-Rotor Tailsitter Aircraft with Pivoting VTOL Capability
MAVLab, Faculty of Aerospace Engineering, Delft University of Technology（MAVLab，航空航天工程学院，代尔夫特理工大学）
本文提出一种兼具升降副翼与倾转旋翼的尾座式飞行器，采用基于级联加权最小二乘的增量非线性动态逆控制器，实现16米/秒巡航下的自主航点跟踪及无饱和过渡，并提升滚转控制与抗风起降能力。
2025-03-04 cs.RO
Black-Box System Identification for Low-Cost Quadrotor Attitude at Hovering
University Mohamed Khider of Biskra（比斯克拉穆罕默德·希德尔大学）
本文针对低成本四旋翼悬停姿态控制需求，提出基于实验装置的黑箱系统辨识方法，通过传感器准备、建模、控制设计与验证等阶段准确描述四旋翼动力学，为动态模型微调提供有效方案。
2023-08-01 cs.RO cs.SY eess.SP
Model Predictive Path Integral Control Framework for Partially Observable Navigation: A Quadrotor Case Study
Université Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学）；Inria（法国国家信息与自动化研究所）；CNRS（法国国家科学研究中心）；I3S（蔚蓝海岸大学与法国国家科学研究中心联合研究所）
近年来，模型预测路径积分（MPPI）控制算法已被广泛应用于自主导航任务，其中大多数假设成本地图是已知的，并且仅执行2D导航任务。在本文中，我们提出了一个通用的MPPI控制框架，可用于2D或3D自主导航任务，在完全或部分可观察的环境中，这是最普遍的机器人应用。该框架直接利用从机载传感系统获取的3D体素网格进行无碰撞导航。我们测试的框架，在现实的RotorS为基础的模拟，在一个混乱的环境中，完全和部分可观察的情况下，目标导向的四旋翼导航任务。初步结果表明，所提出的框架工作完美，部分可观测性下，在二维和三维杂乱的环境。
2020-10-14 cs.RO cs.SY eess.SY
Generalized Two Color Map Theorem -- Complete Theorem of Robust Gait Plan for a Tilt-rotor
Department of Aeronautics and Astronautics, The University of Tokyo（东京大学航空航天系）
针对倾转旋翼机反馈线性化中解耦矩阵奇异问题，提出广义二色映射定理，放宽倾转角限制，使所有鲁棒步态可被找到，并验证其完备性。
2023-11-12 cs.RO
AI-IO: An Aerodynamics-Inspired Real-Time Inertial Odometry for Quadrotors
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
本文提出了一种基于变压器的AI-IO方法，通过引入旋翼速度测量提升四旋翼惯性里程计的精度和实时性能。
2026-02-28 cs.RO
MAVEN: A Meta-Reinforcement Learning Framework for Varying-Dynamics Expertise in Agile Quadrotor Maneuvers
MAVEN通过元强化学习框架实现四旋翼无人机在动态变化中的稳健导航，具备快速适应和零样本仿真到现实的转移能力。
2026-03-11 cs.RO
MorphQuad: Morphable Quadrotor for Superhuman Maneuverability, Manipulation, and Resiliency
University of Michigan（密歇根大学）
研究旨在实现具有高机动性、操纵性和弹性的飞行器。核心方法是硬件与控制协同设计，让四旋翼飞行器各旋翼系统独立铰接并采用全局稳定控制等。主要贡献是展示了MorphQuad在多方面的优异性能。
2026-07-31 cs.RO
Object recognition and tracking using Haar-like Features Cascade Classifiers: Application to a quad-rotor UAV
Center for Research in Optics（光学研究中心）；Universidad Tecnológica de León（莱昂理工大学）
在本文中，我们开发了一个功能的无人机（UAV），能够跟踪一个对象使用机器学习，像视觉系统称为哈尔基于特征的级联分类。图像处理由高处理器单板计算机进行。基于检测到的物体及其位置，四旋翼必须跟踪它，以便处于中心位置并与之保持安全距离。所讨论的物体是人脸;实验进行了两步检测，首先搜索上半身，然后在人体检测区域内搜索人脸。一旦检测到人脸，四旋翼飞行器必须自动跟随人脸。进行的实验表明了我们的神话的有效性;这些结果在视频中显示。
2019-03-10 cs.RO
Novel Quadrotor Manipulation System
Egypt-Japan University of Science and Technology（埃及-日本科技大学）
本文介绍了一种新型的四旋翼操纵系统，该系统由两个连杆机械手连接到四旋翼的底部。该新系统提出了针对在当前四旋翼操纵系统中发现的缺点的解决方案，该四旋翼操纵系统使用固定到四旋翼的夹持器。与当前系统不同，所提出的系统具有6个自由度，并且它在四旋翼和物体之间提供足够的距离。系统的运动学和动力学推导。为了研究所提出的系统的可行性，构造了具有足够高的有效载荷以添加2连杆机械手的四旋翼。其参数被识别用于仿真和控制器设计。开发了一个CAD模型，以精确的方式计算质量和惯性矩。确定了脉宽调制与转子的角速度、推力和阻力矩之间的直接关系。使用方向余弦矩阵互补滤波器来利用IMU测量值估计四旋翼的姿态。基于反馈线性化技术设计了姿态稳定控制器，对辨识的参数和姿态估计进行了检验。实验结果表明，所识别的结构参数、转子组件参数和姿态估计算法具有令人满意的精度。该系统的控制器设计基于三种控制技术：基于反馈线性化的PID控制，直接模糊逻辑控制，模糊模型参考学习控制。这些控制器进行了测试，以提供系统的稳定性和轨迹跟踪的影响下，采摘和放置的有效载荷和改变操作区域的影响。仿真结果表明，模糊模型参考学习控制技术具有优越的性能。结果表明了该系统的可行性。
2019-04-10 cs.RO
Developmental Reinforcement Learning of Control Policy of a Quadcopter UAV with Thrust Vectoring Rotors
University of Cincinnati（辛辛那提大学）
在本文中，我们提出了一种新的发展强化学习为基础的控制器的四轴飞行器的推力矢量能力。这种多旋翼无人机设计具有倾斜使能旋翼。它利用旋翼力的大小和方向来实现飞行过程中所需的状态。该机器人的控制策略是使用来自四轴飞行器的学习控制器的策略传递来学习的（相对简单的无人机设计，没有推力矢量）。这种方法允许学习具有多个输入和多个输出的系统的控制策略。通过基于物理的仿真，评估了悬停和航路点导航任务的学习策略的性能。飞行模拟利用基于强化学习的飞行控制器，而没有任何附加的PID组件。结果表明，与从头开始学习控制策略相比，使用所提出的方法可以更快地学习这种新的UAV设计，该设计是通过对传统四轴飞行器进行修改而创建的，即，增加了更多的自由度（传统四轴飞行器中的4个致动器到倾转旋翼四轴飞行器中的8个致动器）。我们证明了我们的学习政策的鲁棒性，通过显示从各种非静态初始条件的模拟倾转旋翼平台的恢复，以达到所需的状态。倾转旋翼无人机的发展政策也显示出优越的容错时，从零开始学习的政策相比。结果表明，所提出的方法引导学习行为从一个简单的系统（低维动作空间）到一个更复杂的机器人（相对高维的动作空间），并达到更好的性能更快的能力。
2020-07-15 cs.AI cs.LG cs.RO
Towards Low-Latency High-Bandwidth Control of Quadrotors using Event Cameras
University of Zurich（苏黎世大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
事件相机是一个有前途的候选人，使高速基于视觉的控制，由于其低传感器延迟和高时间分辨率。然而，纯粹基于事件的反馈尚未用于无人机的控制。在这项工作中，第一步实现低延迟高带宽控制的四旋翼使用事件相机。特别是，本文解决了一维姿态跟踪问题，使用配备了事件相机的双直升机平台。基于事件的状态估计由修改的Hough变换算法与卡尔曼滤波器组合组成，该滤波器输出双直升机相对于由黑白盘标记的地平线的滚转角和角速度。估计状态由比例-微分姿态控制律处理，该控制律计算跟踪期望姿态所需的转子推力。所提出的姿态跟踪方案显示了事件相机驱动的闭环控制的有希望的结果：状态估计器以1 kHz的更新速率和确定为12 ms的延迟执行，使得姿态跟踪的速度超过1600度/秒。
2020-03-28 cs.RO cs.SY eess.SY
Control of Unknown Quadrotors from a Single Throw
Faculty of Aerospace Engineering, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学航空航天工程学院）
本文提出利用高频旋翼转速反馈和递归最小二乘估计，在450毫秒内在线辨识未知四旋翼的控制参数，并通过INDI姿态控制器与NDI位置控制器实现从单次抛掷中的稳定恢复，实验验证了其鲁棒性和高效性。
2024-08-30 cs.RO cs.SY eess.SY
Sim-to-(Multi)-Real: Transfer of Low-Level Robust Control Policies to Multiple Quadrotors
University of Southern California（南加州大学）
四旋翼稳定控制器通常需要仔细的、特定于模型的调整以实现安全操作。我们使用强化学习来训练仿真中的策略，这些策略可以很好地转移到多个不同的物理四旋翼。我们的政策是低层次的，即，我们将旋翼机的状态直接映射到发动机输出。经过训练的控制策略对外部干扰非常鲁棒，并且可以承受诸如投掷之类的苛刻初始条件。我们展示了不同的训练方法（改变成本函数，噪声建模，使用域随机化）可能会影响飞行性能。据我们所知，这是第一个工作，证明了一个简单的神经网络可以学习一个强大的稳定低级别的四旋翼控制器（不使用稳定PD控制器），被证明推广到多个四旋翼。
2019-04-16 cs.RO
Learned Incremental Nonlinear Dynamic Inversion for Quadrotors with and without Slung Payloads
Technical University of Berlin（柏林技术大学）；Robotics Institute Germany (RIG)（德国机器人研究所）
本文提出基于神经网络的四旋翼增量非线性动态反演方法，通过学习预测残差力，替代传统传感器，提高飞行控制器精度。
2026-04-14 cs.RO cs.SY eess.SY
H-ModQuad: Modular Multi-Rotors with 4, 5, and 6 Controllable DOF
Lehigh University（理海大学）
传统的飞行器通常是为特定任务定制设计的。虽然它们提供了一种有效的解决方案，但它们并不总是能够适应任务规范的变化，例如，增加有效载荷。这适用于四旋翼，具有最大的有效载荷和只有四个可控的自由度，限制了它们对任务变化的适应性。我们提出了一个多功能的模块化机器人系统，可以通过组装异构模块来增加其有效载荷和自由度，我们称之为H-ModQuad。它由长方体模块组成，由带有倾斜螺旋桨的四旋翼推进，可以在不同方向产生力。通过连接不同类型的模块，H-ModQuad可以将其可控自由度从4增加到5和6。我们建模的一般结构，并提出了三个控制器，每个可控的自由度的数量。我们扩展的概念的致动椭球找到最佳的参考方向，可以最大限度地提高性能的结构。我们的方法进行了验证，使用实际的机器人实验，显示独立的结构的平移和方向。
2021-06-08 cs.RO
Incremental Nonlinear Fault-Tolerant Control of a Quadrotor with Complete Loss of Two Opposing Rotors
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
为了进一步扩展四旋翼飞行器在执行器故障情况下的飞行包线，设计了一种基于传感器的非线性容错控制器，用于在高速飞行条件下（> 8 m/s）稳定双对转故障的四旋翼飞行器。增量非线性动态逆（INDI）的方法，在处理模型的不确定性，以补偿显着的未知气动力效应。这种欠驱动系统的内部动力学进行了分析，并随后通过重新定义的控制输出稳定。所提出的方法可以推广到控制单转子故障和标称条件下的四旋翼。为了验证，在大型开放式喷气风洞中进行了飞行试验。在存在显著的风扰动的情况下，可以控制损坏的四旋翼的位置。一个线性二次型调节器（LQR）的方法，从文献中进行了比较，以证明所提出的非线性方法的优势，在有风和高速飞行条件。
2020-10-26 cs.RO cs.SY eess.SY
Optimized Modular Design and Development of a Tilt-Rotor Bicopter Drone
BITS Pilani Hyderabad Campus（毕拉尼理工学院海得拉巴校区）
本文针对倾转旋翼双旋翼无人机，通过结构、气动、推力与功率分析优化其模块化设计，研制出样机并经飞行测试验证了模拟性能指标，解决了该类无人机的稳定性与性能问题。
2026-09-01 cs.RO
Rotational Error Metrics for Quadrotor Control
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
我们分析和实验比较各种旋转误差指标用于四旋翼控制器。传统的四旋翼姿态控制器使用欧拉角或全旋转来计算姿态误差，并缩放以计算控制响应。最近，一些工作已经表明，优先考虑四旋翼倾斜，或推力矢量误差，在姿态控制器中导致改善的位置控制，特别是在具有大偏航误差的情况下。我们提供了一个目录的建议旋转指标，将它们放入同一个框架，并表明，我们可以独立的原因和设计的响应的大小和方向的响应。现有方法主要分为两类：（1）在最短方向上引起响应以校正全旋转误差的度量，以及（2）将在最短方向上校正倾斜误差的响应与在最短方向上校正偏航误差的响应组合的度量。我们展示了实验结果，以突出旋转误差度量之间的显着差异。请参见https://alspitz.github.io/roterrormetrics.html，以获得可视化所执行实验的交互式模拟。
2020-11-24 cs.RO
MorphEUS: Morphable Omnidirectional Unmanned System
University of Michigan（密歇根大学）
本文提出MorphEUS，一种可变形共轴四旋翼飞行器，通过成对伺服电机实现任意方向矢量推力，实现位置与姿态独立控制，具有高力/力矩可达性、故障弹性和适合接触式检测等优势，并验证了其控制性能。
2025-05-23 cs.RO cs.SY eess.SY
Trajectory Generation for Underactuated Multirotor Vehicles with Tilted Propellers via a Flatness-based Method
City University of Hong Kong（香港城市大学）
本文研究了一类螺旋桨不对中的旋翼飞行机器人。通过研究这些车辆的动力学，我们表明，位置和航向角保持平坦的系统输出（类似于传统的四旋翼）。这意味着它们可以被命令遵循3D空间中的期望轨迹设定点。我们提出了一个基于配置方法的数值策略，以促进轨迹生成。这使得能够方便地计算标称机器人的姿态和控制输入。所提出的方法进行了数值验证三个多转子机器人具有不同的动力学。其中包括一架带有倾斜螺旋桨的三旋翼机，一架四旋翼机和一架带有无与伦比的螺旋桨的六旋翼机。
2019-05-16 cs.RO
Suspended Load Path Tracking Control Using a Tilt-rotor UAV Based on Zonotopic State Estimation
Graduate Program in Electrical Engineering, Federal University of Minas Gerais, Belo Horizonte, MG 31270-901, Brazil（巴西联邦矿务工程师学院电气工程研究生项目）；Department of Electronics Engineering, Federal University of Minas Gerais, Belo Horizonte, MG 31270-901, Brazil（巴西联邦矿务工程师学院电子工程系）
本文研究了利用倾斜旋翼无人机进行悬浮负载路径跟踪控制的问题，通过建立多体机械系统的动力学模型，提出退化拓扑状态估计器来估计负载位置和姿态，并设计了具有极点放置约束的离散时间混合H2/H∞控制器以实现鲁棒的路径跟踪控制。
2018-09-20 cs.RO cs.SY eess.SY
A Hybrid Compositional Approach to Optimal Mission Planning for Multi-rotor UAVs using Metric Temporal Logic
Institute for Systems Research（系统研究所）
本文提出了一种混合组合方法，用于多旋翼无人机在受约束环境中的时间敏感搜索救援任务规划，通过将度量时序逻辑形式化描述任务规范，并利用混合模型捕捉无人机的各种操作模式，将任务分解为子任务并使用混合整数线性规划求解器求解最优路径，从而降低计算复杂度并实现实时应用。
2019-09-19 cs.RO cs.SY eess.SY
Time-Optimal Online Replanning for Agile Quadrotor Flight
University of Zurich（苏黎世大学）
在本文中，我们解决的问题，飞行四旋翼使用时间最优控制政策，可以重新规划在线时，环境的变化或遇到未知的干扰。这个问题是具有挑战性的，因为考虑全四旋翼动力学的时间最优轨迹的生成在计算上是昂贵的（几分钟甚至几小时的数量级）。我们介绍了一种基于采样的方法，有效地产生的点质量模型的时间最优路径。然后，使用模型预测轮廓控制方法来跟踪这些路径，该方法考虑全四旋翼动力学和单旋翼推力极限。我们的组合方法能够实时运行，是第一个能够适应动态变化的时间最优方法。我们展示了我们的方法的适应能力，通过飞行四旋翼在超过60公里/小时的赛道上，大门正在移动。此外，我们表明，我们的在线重新规划方法可以应对高达68公里/小时的风引起的强烈干扰。
2022-07-21 cs.RO
Physics-Inspired Temporal Learning of Quadrotor Dynamics for Accurate Model Predictive Trajectory Tracking
New York University（纽约大学）
精确建模四旋翼的系统动力学对于保证敏捷、安全和稳定的导航至关重要。该模型需要捕捉多个飞行状态和操作条件下的系统行为，包括那些产生高度非线性效应的行为，如气动力和扭矩、旋翼相互作用或可能的系统配置修改。传统的方法依赖于手工制作的模型，并且难以概括和扩展以捕捉这些效果。在本文中，我们提出了一种新的物理启发的时间卷积网络（PI-TCN）的方法来学习四旋翼的系统动力学纯粹从机器人的经验。我们的方法结合了稀疏时间卷积和密集前馈连接的表达能力，以做出准确的系统预测。此外，在训练过程中嵌入了物理约束，以促进网络对训练分布之外的数据的泛化能力。最后，我们设计了一个模型预测控制方法，它结合了学习动态准确的闭环轨迹跟踪充分利用学习模型预测在滚动时域的方式。实验结果表明，我们的方法准确地提取四旋翼的动力学结构的数据，捕捉效果，将保持隐藏的经典方法。据我们所知，这是第一次将物理启发的深度学习成功应用于时间卷积网络和系统辨识任务，同时实现预测控制。
2022-10-07 cs.AI cs.LG cs.RO
Residual Wrench Certification and Margin-Aware Control Synthesis for Aerial Physical Interaction
University of Cincinnati（辛辛那提大学）；Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
本文提出一个任务相对框架，利用凸几何为多旋翼在悬停和接触后认证残余扳手裕度，并通过指令投影和增益综合保持储备，模拟验证八旋翼裕度优于六旋翼。
2026-10-01 cs.RO cs.SY eess.SY
Learning-Based Passive Fault-Tolerant Control of a Quadrotor with Rotor Failure
Harbin Institute of Technology Shenzhen（哈尔滨工业大学（深圳））
本文提出一种基于学习的四旋翼无人机被动容错控制方法，通过引入Selector-Controller网络结构并结合强化学习、行为克隆与监督学习进行训练，有效提升了任意单旋翼故障下的响应速度与位置跟踪性能。
2025-03-04 cs.RO cs.SY eess.SY
Quaternion Feedback Based Autonomous Control of a Quadcopter UAV with Thrust Vectoring Rotors
University of Cincinnati（辛辛那提大学）；Indian Institute of Technology, Kanpur（印度理工学院坎普尔分校）
在本文中，我们提出了一个自主飞行控制器的四轴飞行器的推力矢量能力。这种无人机属于具有倾斜运动使能旋翼的多旋翼类别。由于车辆被认为是过度驱动的性质，动力学和控制分配必须仔细分析。此外，这种新型飞行器在大姿态机动时悬停的可能性要求无奇异性姿态控制。因此，四元数状态反馈被用来计算无人机电机的控制命令，同时避免了基于欧拉角的控制器所经历的万向节锁定条件。由于没有三角参数，四元数实现还降低了状态估计的总体复杂度。利用四轴飞行器的动力学模型和状态空间，设计了无人机的姿态控制器和控制分配。控制分配，特别是，通过线性化系统悬停条件。这种数学方法使得控制分配比现有方法更准确。姿态控制器的Lyapunov稳定性分析证明了全局稳定性。四元数反馈姿态控制器是由一个外部的位置控制器回路，产生转子倾斜和所需的四元数命令的系统。通过数值仿真对无人机跟踪姿态阶跃指令和跟踪航路点导航任务的性能进行了评估。
2020-06-28 cs.RO cs.SY eess.SY
Linear Stability Analysis of an INDI Pitch-Rate Controller under Model Mismatch for a Tilt-Rotor VTOL UAV
研究基于模型失配的倾转旋翼垂直起降无人机INDI俯仰速率控制器线性稳定性，推导五阶传递函数，通过劳斯-赫尔维茨准则表征稳定性，提出两种不确定性感知调整程序，明确不同失配因素影响并给出调整建议。
2026-07-21 cs.RO
Retro-RL: Reinforcing Nominal Controller With Deep Reinforcement Learning for Tilting-Rotor Drones
Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）
将无人机应用扩展到复杂任务的研究需要一个稳定的控制框架。最近，深度强化学习（RL）算法已在许多研究中用于机器人控制以完成复杂任务。不幸的是，深度RL算法可能不适合直接部署到现实世界的机器人平台中，因为难以解释学习的策略和缺乏稳定性保证，特别是对于复杂的任务，如爬墙无人机。本文提出了一种新的混合架构，加强了标称控制器与鲁棒的政策学习使用无模型的深度RL算法。所提出的架构采用了一个不确定性感知的控制混频器，以保持保证稳定的标称控制器，同时使用扩展的鲁棒性能的学习策略。该策略在模拟环境中进行训练，具有数千个域随机化，以在各种不确定性下实现鲁棒性能。通过真实世界的实验验证了所提出的方法的性能，然后与传统的控制器和最先进的基于学习的控制器与香草深度RL算法训练进行了比较。
2022-07-07 cs.RO
Gradient-Enhanced Partitioned Gaussian Processes for Real-Time Quadrotor Dynamics Modeling
Department of Mechanical Engineering, Boston University（机械工程系，波士顿大学）
本文提出一种结合梯度信息的分区高斯过程，用于高效实时四旋翼动力学建模，显著提升精度并降低计算成本。
2026-02-13 cs.LG cs.RO
Minimally actuated tiltrotor for perching and normal force exertion
Seoul National University（首尔国立大学）；Seoul National University of Science and Technology（首尔国立科技大学）
本研究提出一种最小驱动的5控制自由度四旋翼倾转旋翼设计及渐近稳定控制器，通过实验验证其位置与俯仰跟踪可控性，并展示其在栖息及推车任务中执行空中物理交互的适用性。
2023-06-26 cs.RO
Geranos: a Novel Tilted-Rotors Aerial Robot for the Transportation of Poles
Geranos是一种专用多旋翼无人机，通过环形设计与主辅旋翼协同实现杆件运输中的高精度定位，在模拟天线桅杆安装中实现3 kg、2 m杆件亚5 cm堆叠精度，无需人工干预。
2024-01-12 cs.RO
An Open MuJoCo Simulation Framework for a Quadrotor Carrying a Tendon-Driven Soft Continuum Arm
Egypt-Japan University of Science and Technology (E-JUST)（埃及-日本科学技术大学）
本文提出一种基于MuJoCo的开源仿真框架，用于研究搭载肌腱驱动软连续体机械臂的四旋翼无人机，经多场景仿真验证其可高效完成任务，运行速度达实时的15倍，相关代码已公开。
2026-10-14 cs.RO cs.SY eess.SY
Low-level Pose Control of Tilting Multirotor for Wall Perching Tasks Using Reinforcement Learning
KAIST（韩国科学技术院）；Korea Electronics Technology Institute(KETI)（韩国电子技术研究院）
最近，对可附接到墙壁的无人驾驶飞行器（UAV）的需求已经突出。作为解决这一需求的方法之一，已经采用了可以增加机动性的各种倾斜多旋翼的研究。不幸的是，现有的研究倾转多旋翼需要大量的复杂的动力学模型的先验信息。同时，已经研究了四旋翼上的强化学习以减轻这个问题。然而，这些仅应用于标准的四旋翼，其系统比倾斜多旋翼的系统不那么复杂。提出了一种基于强化学习的倾转多旋翼系统控制方法，首次尝试将强化学习应用于倾转多旋翼系统。为此，我们提出了一个新的奖励功能的神经网络模型，考虑到功率效率。该模型最初在模拟环境中进行训练，然后使用真实世界的数据进行微调，以克服模拟与真实之间的差距问题。此外，提出了一种新的，有效的状态表示的目标框架，帮助网络学习最优策略更好。在真实世界的实验验证，我们所提出的方法显示了强大的可控性，克服了复杂的动力学倾斜多旋翼。
2021-08-11 cs.AI cs.RO
Reinforcement Learning Position Control of a Quadrotor Using Soft Actor-Critic (SAC)
Mechatronics Engineering Department（机械电子工程系）；The German University in Cairo（埃及德国大学）
提出一种基于强化学习的四旋翼推力矢量控制架构，使用软演员-评论家算法训练，相比传统RPM控制器训练更快、路径跟踪更平滑准确。
2026-06-01 cs.AI cs.LG cs.RO
A Tilt-Rotor UAV with a Gripper for Stable Contact-Based Tasks via Environmental Anchoring
National University of Singapore (NUS)（新加坡国立大学）
该研究设计了带倾转旋翼机构和欠驱动缆线驱动夹持器的无人机，通过环境锚定提升接触任务稳定性，位置漂移RMSE降低95%以上，可承受75N纵向力，适用于复杂物理交互任务。
2026-08-04 cs.RO
Control and Dynamic Motion Planning for a Hybrid Air-Underwater Quadrotor: Minimizing Energy Use in a Flooded Cave Environment
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）
我们提出了一种动态路径规划算法，通过一个凹的时不变障碍物领域，同时试图最大限度地减少能源的使用，两栖旋翼船导航。我们建立了一个非线性四元数状态模型，代表了旋翼机动力学以上和以下的水。在分层架构中使用6自由度动力学来生成车辆遵循的运动路径和所需的控制输入。旋翼飞行器具有其周围环境的三维地图，该三维地图通过当前介质（空气或水）内的有限范围机载传感器读数来更新。路径规划通过PRM和D* Lite完成。
2023-01-03 cs.RO cs.SY eess.SY
Full 3D Radiation Pattern Approximation in Multi-Rotor UAVs
Faculty of Electrical Engineering, Czech Technical University in Prague（捷克技术大学布拉格分校电子工程系）；Mohammed VI Polytechnic University（穆莱·伊沙克·博格达特大学）
提出一种通过校准飞行数据学习异构四旋翼无人机天线辐射模式的方法，利用球谐级数或加权平均建模，并通过线性回归解耦独立无人机的辐射模式，在真实数据集上实现4.56 dB RMS外推误差。
2026-10-23 cs.RO
Finding Optimal Modular Robots for Aerial Tasks
Lehigh University（理海大学）
本文针对传统飞行器执行器约束导致的能力受限问题，提出一种由同质长方体模块组成的可重构模块化多旋翼飞行器，建立其执行能力数学模型，并给出面向给定任务的最优配置求解方法，通过三维仿真验证了系统对不同任务需求的适应性。
2023-05-29 cs.RO
