新开发的控制方法 克服 意外运动，提高抗干扰能力，将 X 轴位置误差减少 53.1%
小型扑翼（FW）机器人可以支持检查、搜救等应用。然而，它们非常容易受到阵风等干扰的影响，这使得稳定飞行具有挑战性。
来自日本的研究人员 千叶大学 研究了商用 FW 机器人的飞行动力学，发现了一种限制其控制系统纠正干扰速度的行为。
他们开发了一种控制方法来解决这一限制，帮助机器人实现更稳定、更准确的飞行。
扑翼微型飞行器 (FW-MAV) 是一种小型轻型机器人，其灵感来自鸟类和昆虫的飞行机制。
通过使用快速移动的机翼而不是螺旋桨，这些机器人可以实现独特的飞行能力，例如像蜂鸟一样悬停和像蜻蜓一样独立控制翅膀。
它们体积小、灵活且能够在有限空间内操作，这使得它们在未来的检查、监控和搜救行动中应用前景广阔。
然而，控制这些机器人仍然具有挑战性。 FW-MAV 通过快速拍动机翼产生升力，并且极易受到外部干扰（例如阵风）。
现在，特聘助理教授 Abner Asignacion 与日本千叶大学工程研究生院的 Satoshi Suzuki 博士一起研究了商用 FW 机器人的飞行动力学，以了解限制其抗干扰能力的因素。
该论文于2026年6月4日在线发布，并将于今年10月发表在《控制工程实践》杂志第175卷上。
通过研究机器人的运动，他们发现，当被命令沿一个水平方向移动时，它首先会向相反方向轻微移动，然后进行自我纠正，这种现象称为非最小相位行为。
这种意外的响应限制了机器人的干扰校正系统补偿阵风等干扰而不引起不稳定振荡的速度。
利用这一见解，研究人员开发了一种干扰观察器——一种检测和补偿外部干扰的控制系统——解决了这一限制，使机器人能够在保持稳定飞行的同时拒绝干扰。
“这项研究中提出的控制方法使 FW-MAV 能够更稳定地飞行，即使在受到干扰的环境中也是如此，”Asignacion 博士说。
研究人员使用 103 克 Flapping Nimble+ 机器人（一种市售的具有悬停功能的 FW-MAV）测试了他们的方法。他们指示机器人沿着水平轴来回移动，同时保持悬停位置。
运动命令的范围从非常慢（0.08 Hz）到中等快（0.8 Hz），使研究人员能够观察机器人在不同速度下的反应。
通过分析这些响应，他们确定了机器人的飞行动力学，并确定了每个水平方向如何响应控制命令。
研究人员发现，机器人沿 X 轴移动时表现出强烈的非最小相位行为，这限制了其扰动校正系统补偿扰动的速度。
然后，他们调整干扰观测器对干扰的响应速度，以确定干扰抑制和稳定飞行之间的最佳平衡。
较慢的响应使机器人保持稳定，但纠正干扰的效果较差，而较快的响应改善了干扰抑制，但引入了振荡。
中间响应提供了最佳平衡，使机器人能够从干扰中恢复，同时保持稳定飞行。
当该干扰观测器应用于多个运动方向时，机器人的 X 轴位置误差减少了 53.1%，整体 3D 位置误差减少了约 28%。
通过提高 FW 机器人的稳定性和控制能力，这项研究可以帮助推进小型自主飞行系统的开发，该系统能够在传统无人机因其尺寸、机动性或暴露的螺旋桨带来的安全风险而不太适合的环境中安全运行。
Asignacion 博士表示：“预计未来的应用将应用于人类难以进入的领域，例如密闭空间内的基础设施检查、灾难现场的搜救行动、环境监测以及工厂和建筑物内的设备检查。”