基于操控技能映射的扑翼机器人自主飞行控制

仿生扑翼飞行机器人气动特性复杂,难以精确建模,为自主飞行控制带来了巨大挑战。基于此,提出了一种模拟飞手操控行为的扑翼飞行机器人自主飞行控制方法,将飞手操控技能映射至控制算法中,不依赖于精确动力学模型即可实现不同场景下的自主飞行控制。首先,对起飞、巡航、机动、降落等不同阶段开展大量的飞手实际操控实验,根据实验结果建立了飞手操控行为与扑翼飞行机器人飞行状态的映射关系。进而,将飞手对机器人的状态辨别和操控方式转换为操控技能库,并设计了指点飞行、直线轨迹跟踪、绕圆飞行等机动飞行的控制方法,以及在受限空间自主飞行的智能避障方法。结合传感器数据融合结果调用技能库所对应的控制决策,通过模拟飞手控制行为生成控制量,保障了飞行的安全性。最后,研制了飞行控制器,并与仿生扑翼飞行机器人集成后开展了户外飞行实验,对所提出的方法进行了验证。结果表明,模拟飞手操控行为的控制方法可实现可靠飞行,且灵活性及可扩展性强。