无人驾驶汽车（UAV）具有各种优势，但是它们的实际应用受其能源有限的影响。因此，管理其功耗很重要，并且建立相应的功耗模型也很重要。但是，大多数现有作品要么为固定翼无人机和单权无人机建立理论功耗模型，要么为无需严格的数学推导而为多旋转无人机提供启发式功耗模型。本文旨在为多旋转无人机建立理论功耗模型。具体而言，通过利用单旋风无人机与多机无人机之间的关系，得出了三个飞行状态的多旋转无人机的封闭形式消耗模型，即远南飞行，垂直上升和垂直下降。功耗条款。在此基础上，在三维（3-D）方案中，无人机的通用飞行功耗模型。通过使用DJI M210和DJI移动SDK在实际场景中制作的移动应用程序进行广泛的实验，并确认这些模型的正确性和有效性；此外，进行模拟以进一步研究转子数量对无人机的功耗的影响。拟议的功耗模型不仅揭示了多旋转无人机的功耗如何受到各种因素的影响，而且还为引入其他新型应用程序铺平了道路。

研究界，工业和社会中地面移动机器人（MRS）和无人机（UAV）的重要性正在迅速发展。如今，这些代理中的许多代理都配备了通信系统，在某些情况下，对于成功完成某些任务至关重要。在这种情况下，我们已经开始见证在机器人技术和通信的交集中开发一个新的跨学科研究领域。该研究领域的意图是将无人机集成到5G和6G通信网络中。这项研究无疑将在不久的将来导致许多重要的应用。然而，该研究领域发展的主要障碍之一是，大多数研究人员通过过度简化机器人技术或通信方面来解决这些问题。这阻碍了达到这个新的跨学科研究领域的全部潜力的能力。在本教程中，我们介绍了一些建模工具，从跨学科的角度来解决涉及机器人技术和通信的问题所需的一些建模工具。作为此类问题的说明性示例，我们将重点放在本教程上，讨论通信感知轨迹计划的问题。

在这项工作中，我们提出了一个框架，用于部署的无人驾驶汽车（UAV）的便携式接入点（PAP），以服务于一组接地节点（GNS）。除PAP和GNS外，该系统还由安装在人造结构上的一组智能反射表面（IRS）组成，以增加每焦耳的能源消耗的钻头数量，这些能量消耗被测量为全球能源效率（GEE）。 PAP的GEE轨迹是通过考虑UAV推进能量消耗和PAP电池的PEUKERT效应来设计的，PAP电池代表了精确的电池放电曲线作为无人机功耗概况的非线性功能。 GEE轨迹设计问题分为两个阶段：在第一个阶段，使用多层圆形填料方法找到了PAP的路径和可行位置，并使用替代方案计算所需的IRS相移值优化方法考虑了IRS元素的幅度和相位响应之间的相互依赖性；在第二阶段，使用新型的多轨迹设计算法计算PAP飞行速度和用户调度。数值评估表明：忽略Peukert效应高估了PAP的可用飞行时间；一定的阈值后，增加电池尺寸会减少PAP的可用飞行时间；与其他基线场景相比，IRS模块的存在改善了系统的GEE。与使用顺序凸编程和Dinkelbach算法的组合开发的单圈轨迹相比，多圈轨迹可节省更多的能量。

在这项工作中，我们优化了基于无人机（UAV）的便携式接入点（PAP）的3D轨迹，该轨迹为一组接地节点（GNS）提供无线服务。此外，根据Peukert效果，我们考虑无人机电池的实用非线性电池放电。因此，我们以一种新颖的方式提出问题，代表了基于公平的能源效率度量的最大化，并被称为公平能源效率（费用）。费用指标定义了一个系统，该系统对每用户服务的公平性和PAP的能源效率都非常重要。该法式问题采用非凸面问题的形式，并具有不可扣除的约束。为了获得解决方案，我们将问题表示为具有连续状态和动作空间的马尔可夫决策过程（MDP）。考虑到解决方案空间的复杂性，我们使用双胞胎延迟的深层确定性政策梯度（TD3）参与者 - 批判性深入强化学习（DRL）框架来学习最大化系统费用的政策。我们进行两种类型的RL培训来展示我们方法的有效性：第一种（离线）方法在整个训练阶段保持GN的位置相同；第二种方法将学习的政策概括为GN的任何安排，通过更改GN的位置，每次培训情节后。数值评估表明，忽视Peukert效应高估了PAP的播放时间，可以通过最佳选择PAP的飞行速度来解决。此外，用户公平，能源效率，因此可以通过有效地将PAP移动到GN上方，从而提高系统的费用价值。因此，我们注意到郊区，城市和茂密的城市环境的基线情景高达88.31％，272.34％和318.13％。

We address the theoretical and practical problems related to the trajectory generation and tracking control of tail-sitter UAVs. Theoretically, we focus on the differential flatness property with full exploitation of actual UAV aerodynamic models, which lays a foundation for generating dynamically feasible trajectory and achieving high-performance tracking control. We have found that a tail-sitter is differentially flat with accurate aerodynamic models within the entire flight envelope, by specifying coordinate flight condition and choosing the vehicle position as the flat output. This fundamental property allows us to fully exploit the high-fidelity aerodynamic models in the trajectory planning and tracking control to achieve accurate tail-sitter flights. Particularly, an optimization-based trajectory planner for tail-sitters is proposed to design high-quality, smooth trajectories with consideration of kinodynamic constraints, singularity-free constraints and actuator saturation. The planned trajectory of flat output is transformed to state trajectory in real-time with consideration of wind in environments. To track the state trajectory, a global, singularity-free, and minimally-parameterized on-manifold MPC is developed, which fully leverages the accurate aerodynamic model to achieve high-accuracy trajectory tracking within the whole flight envelope. The effectiveness of the proposed framework is demonstrated through extensive real-world experiments in both indoor and outdoor field tests, including agile SE(3) flight through consecutive narrow windows requiring specific attitude and with speed up to 10m/s, typical tail-sitter maneuvers (transition, level flight and loiter) with speed up to 20m/s, and extremely aggressive aerobatic maneuvers (Wingover, Loop, Vertical Eight and Cuban Eight) with acceleration up to 2.5g.

Hybrid unmanned aerial vehicles (UAVs) integrate the efficient forward flight of fixed-wing and vertical takeoff and landing (VTOL) capabilities of multicopter UAVs. This paper presents the modeling, control and simulation of a new type of hybrid micro-small UAVs, coined as lifting-wing quadcopters. The airframe orientation of the lifting wing needs to tilt a specific angle often within $ 45$ degrees, neither nearly $ 90$ nor approximately $ 0$ degrees. Compared with some convertiplane and tail-sitter UAVs, the lifting-wing quadcopter has a highly reliable structure, robust wind resistance, low cruise speed and reliable transition flight, making it potential to work fully-autonomous outdoor or some confined airspace indoor. In the modeling part, forces and moments generated by both lifting wing and rotors are considered. Based on the established model, a unified controller for the full flight phase is designed. The controller has the capability of uniformly treating the hovering and forward flight, and enables a continuous transition between two modes, depending on the velocity command. What is more, by taking rotor thrust and aerodynamic force under consideration simultaneously, a control allocation based on optimization is utilized to realize cooperative control for energy saving. Finally, comprehensive Hardware-In-the-Loop (HIL) simulations are performed to verify the advantages of the designed aircraft and the proposed controller.

This paper presents a new method for integrated time-optimal routing and trajectory optimization of multirotor unmanned aerial vehicles (UAVs). Our approach extends the well-known Traveling Salesman Problem by accounting for the limited maneuverability of the UAVs due to their kinematic properties. To this end, we allow each waypoint to be traversed with a discretized velocity as well as a discretized flight direction and compute time-optimal trajectories to determine the travel time costs for each edge. We refer to this novel optimization problem as the Trajectory-based Traveling Salesman Problem (TBTSP). The results show that compared to a state-of-the-art approach for Traveling Salesman Problems with kinematic restrictions of UAVs, we can decrease mission duration by up to 15\%.

在过去的二十年中，对机器人羊群的研究受到了极大的关注。在本文中，我们提出了一种约束驱动的控制算法，该算法可最大程度地减少单个试剂的能耗并产生新兴的V形成。随着代理之间的分散相互作用的形成出现，我们的方法对自发添加或将代理去除为系统是强大的。首先，我们提出了一个分析模型，用于在固定翼无人机后面的尾巴上洗涤，并得出了尾随无人机以最大化其旅行耐力的最佳空气速度。接下来，我们证明，简单地在最佳空速上飞行将永远不会导致新兴的羊群行为，并且我们提出了一种新的分散的“ Anseroid”行为，从而产生出现的V形成。我们用约束驱动的控制算法编码这些行为，该算法最小化每个无人机的机车能力。最后，我们证明，在我们提出的控制法律下，以近似V或eChelon形成初始化的无人机将融合，我们证明了这种出现在模拟和与Crazyflie四肢旋转机队的实验中实时发生。

In many unmanned aerial vehicle (UAV) applications for surveillance and data collection, it is not possible to reach all requested locations due to the given maximum flight time. Hence, the requested locations must be prioritized and the problem of selecting the most important locations is modeled as an Orienteering Problem (OP). To fully exploit the kinematic properties of the UAV in such scenarios, we combine the OP with the generation of time-optimal trajectories with bounds on velocity and acceleration. We define the resulting problem as the Kinematic Orienteering Problem (KOP) and propose an exact mixed-integer formulation together with a Large Neighborhood Search (LNS) as a heuristic solution method. We demonstrate the effectiveness of our approach based on Orienteering instances from the literature and benchmark against optimal solutions of the Dubins Orienteering Problem (DOP) as the state-of-the-art. Additionally, we show by simulation \color{black} that the resulting solutions can be tracked precisely by a modern MPC-based flight controller. Since we demonstrate that the state-of-the-art in generating time-optimal trajectories in multiple dimensions is not generally correct, we further present an improved analytical method for time-optimal trajectory generation.

Utilizing autonomous drones or unmanned aerial vehicles (UAVs) has shown great advantages over preceding methods in support of urgent scenarios such as search and rescue (SAR) and wildfire detection. In these operations, search efficiency in terms of the amount of time spent to find the target is crucial since with the passing of time the survivability of the missing person decreases or wildfire management becomes more difficult with disastrous consequences. In this work, it is considered a scenario where a drone is intended to search and detect a missing person (e.g., a hiker or a mountaineer) or a potential fire spot in a given area. In order to obtain the shortest path to the target, a general framework is provided to model the problem of target detection when the target's location is probabilistically known. To this end, two algorithms are proposed: Path planning and target detection. The path planning algorithm is based on Bayesian inference and the target detection is accomplished by means of a residual neural network (ResNet) trained on the image dataset captured by the drone as well as existing pictures and datasets on the web. Through simulation and experiment, the proposed path planning algorithm is compared with two benchmark algorithms. It is shown that the proposed algorithm significantly decreases the average time of the mission.

本文调查了大师无人机（MUAV） - 互联网（IOT）网络，我们建议使用配备有智能反射表面（IRS）的可充电辅助UAV（AUAV）来增强来自MUAV的通信信号并将MUAG作为充电电源利用。在拟议的模型下，我们研究了这些能量有限的无人机的最佳协作策略，以最大限度地提高物联网网络的累计吞吐量。根据两个无人机之间是否有收费，配制了两个优化问题。为了解决这些问题，提出了两个多代理深度强化学习（DRL）方法，这些方法是集中培训多师深度确定性政策梯度（CT-MADDPG）和多代理深度确定性政策选项评论仪（MADDPOC）。结果表明，CT-MADDPG可以大大减少对UAV硬件的计算能力的要求，拟议的MADDPOC能够在连续动作域中支持低水平的多代理合作学习，其优于优势基于选项的分层DRL，只支持单代理学习和离散操作。

无人驾驶飞行器（无人机）承诺成为下一代通信的内在部分，因为它们可以部署为提供无线连接到地面用户，以补充现有的地面网络。大多数现有研究使用UAV接入点的蜂窝覆盖率考虑了旋转翼UAV设计（即Quadcopters）。但是，我们预计固定翼的无人机在需要长途飞行时间（例如农村覆盖范围）的情况下更适合连接目的（例如农村覆盖率），因为与旋翼设计。由于固定翼无人机通常无法悬停在适当位置，因此它们的部署优化涉及以允许它们以节能的方式向地面用户提供高质量服务的方式优化其单独的飞行轨迹。在本文中，我们提出了一种多功能深度加强学习方法来优化固定翼UAV蜂窝接入点的能效，同时允许它们向地面用户提供高质量的服务。在我们的分散方法中，每个UAV都配备了Dueling Deep Q-Network（DDQN）代理，可以通过一系列时间步来调整UV的3D轨迹。通过与邻居协调，无人机以优化总系统能效的方式调整各个飞行轨迹。我们基准对我们对一系列启发式轨迹规划策略的方法进行基准，并证明我们的方法可以将系统能效提高到70％。

有限的飞行距离和时间是多次交流者的常见问题。我们提出了一种方法，可以找到多杆的最佳速度和侧滑角，飞行给定路径以达到最长的飞行距离或时间。由于飞行速度和侧滑通常是多功能路径计划中的自由变量，因此可以在不更改任务的情况下更改它们。所提出的方法基于具有自适应步长的新型多变量极值寻求控制器，该控制器的灵感来自机器学习社区在随机优化方面的最新工作。我们的方法（a）不需要车辆的功耗模型，（b）在计算上是有效的，并且实时运行在低成本嵌入式计算机上，并且（c）比恒定步骤的标准极端寻求控制器收敛的速度更快尺寸。我们证明了这种方法的稳定性，并通过室外实验对其进行了验证。该方法显示出与不同的有效载荷和风的存在。与以均匀选择的随机侧滑角度以最大可​​实现的速度飞行相比，以最佳范围速度和侧滑飞行的飞行量将飞行范围提高14.3％，而无需有效载荷，而有盒子有效载荷则增加了19.4％。此外，与悬停的相比，以最佳耐力速度飞行，而侧滑的飞行时间则增加了7.5％，而无需有效载荷，而在盒子有效载荷的情况下，飞行时间增加了14.4％。可以在https://youtu.be/alds8lvfogk上找到视频。

最近无人驾驶飞行器（UAV）已广泛部署在各种真实的场景，如灾难救援和包裹交付。这些工作环境中的许多都是不确定和动态障碍的非结构化。保持UAV碰撞经常发生。非常希望具有高灵敏度的无人机，以调整其用于适应这些环境动态的动作。但是，无人机敏捷性受其电池电量输出的限制;特别是，UAV的电力系统不能知道其在运动规划中的实际功率需求，而需要随着环境和UAV条件而动态变化。在运动规划中，难以准确地对准电源需求的电源。这种不匹配会导致无人机的电源不足，并导致延迟运动调整，在很大程度上增加了障碍物的碰撞风险，因此破坏了无人机敏捷性。为提高无人机敏捷性，开发了一种新颖的智能电源解决方案，敏捷增强电源（AEPS），以主动准备适当的电量，以支持具有增强敏捷性的运动规划。该方法在物理电力系统和UAV规划之间构建了一座桥梁。凭借敏捷增强的运动规划，将提高复杂工作环境中的UAV的安全性。为了评估AEPS有效性，采用了“社区安全巡逻任务”的任务，采用了意外障碍;通过燃料电池，电池和电容器的混合集成来实现电源。通过成功和及时的电源，提高任务成功率和系统安全性，验证了AEP在提高无人机敏捷性方面的有效性，提高了任务持续时间。

我们提出了通过现实的模拟和现实世界实验来支持可复制研究的多运动无人机控制（UAV）和估计系统。我们提出了一个独特的多帧本地化范式，用于同时使用多个传感器同时估算各种参考框架中的无人机状态。该系统可以在GNSS和GNSS贬低的环境中进行复杂的任务，包括室外室内过渡和执行冗余估计器，以备份不可靠的本地化源。提出了两种反馈控制设计：一个用于精确和激进的操作，另一个用于稳定和平稳的飞行，并进行嘈杂的状态估计。拟议的控制和估计管道是在3D中使用Euler/Tait-Bryan角度表示的，而无需使用Euler/Tait-Bryan角度表示。取而代之的是，我们依靠旋转矩阵和一个新颖的基于标题的惯例来代表标准多电流直升机3D中的一个自由旋转自由度。我们提供了积极维护且有据可查的开源实现，包括对无人机，传感器和本地化系统的现实模拟。拟议的系统是多年应用系统，空中群，空中操纵，运动计划和遥感的多年研究产物。我们所有的结果都得到了现实世界中的部署的支持，该系统部署将系统塑造成此处介绍的表单。此外，该系统是在我们团队从布拉格的CTU参与期间使用的，该系统在享有声望的MBZIRC 2017和2020 Robotics竞赛中，还参加了DARPA SubT挑战赛。每次，我们的团队都能在世界各地最好的竞争对手中获得最高位置。在每种情况下，挑战都促使团队改善系统，并在紧迫的期限内获得大量高质量的体验。

微空中车辆（MAVS）在户外操作的限制靠近障碍物，通过他们承受风阵风的能力。目前广泛的位置控制方法，例如比例整体衍生物控制在阵风的影响下不会均匀。增量非线性动态反转（INDI）是一种基于传感器的控制技术，可以控制受扰动的非线性系统。它是为载人飞机或MAVS的态度控制而开发的。在本文中，我们将这种方法概括为严重燃烧负载下MAV的外环控制。在一个实验中对传统的比例积分衍生物（PID）控制器的显着改进进行了说明，其中四轮电机在10米/秒的吹风机排气进出中。控制方法不依赖于频繁的位置更新，如使用标准GPS模块的外部实验中所示。最后，我们研究了使用线性化来计算推力向量增量的效果，与非线性计算相比。该方法需要很少的建模并且是计算效率。

近年来，无人驾驶汽车（UAV）用于众多检查和视频捕获任务。但是，在障碍附近手动控制无人机是具有挑战性的，并且构成了高风险。即使对于自动飞行，全球导航计划也可能太慢，无法应对新感知的障碍。诸如风之类的干扰可能会导致与计划中的轨迹偏离。在这项工作中，我们提出了一种快速的预测障碍方法，该方法不取决于更高级别的本地化或映射，并保持无人机的动态飞行功能。它直接在LIDAR范围内实时运行，并通过计算范围图像内的角电位字段来调整当前飞行方向。随后根据轨迹预测和接触时间估计来确定速度幅度。使用硬件式模拟评估我们的方法。它可以使无人机保持安全距离，同时允许比以前直接在传感器数据上运行的反应性障碍物方法更高的飞行速度。

雇用无人驾驶航空公司（无人机）吸引了日益增长的兴趣，并成为互联网（物联网）网络中的数据收集技术的最先进技术。在本文中，目的是最大限度地减少UAV-IOT系统的总能耗，我们制定了联合设计了UAV的轨迹和选择IOT网络中的群集头作为受约束的组合优化问题的问题，该问题被归类为NP-努力解决。我们提出了一种新的深度加强学习（DRL），其具有顺序模型策略，可以通过无监督方式有效地学习由UAV的轨迹设计来实现由序列到序列神经网络表示的策略。通过广泛的模拟，所获得的结果表明，与其他基线算法相比，所提出的DRL方法可以找到无人机的轨迹，这些轨迹需要更少的能量消耗，并实现近乎最佳性能。此外，仿真结果表明，我们所提出的DRL算法的训练模型具有出色的概括能力，对更大的问题尺寸而没有必要恢复模型。

草原修复是保护草原生态退化的关键手段。为了减轻广泛的人类劳动并提高了恢复效率，无人机的全自动能力很有希望，但仍在等待被利用。本文通过在计划草地修复时明确考虑了无人机和草地退化的现实限制来推动这项新兴技术。为此，在有限的无人机电池能量，草种子的重量，恢复区域的数量以及相应的尺寸下，在数学上以数学建模为数学建模。然后，我们分析了这些原始问题通过考虑这些限制，即最短的飞行路径和最佳区域分配出现了两个冲突目标。结果，恢复区域的最大化是轨迹设计问题和高度耦合区域分配问题的综合。从优化的角度来看，这需要解决旅行推销员问题（TSP）和多维背包问题（MKP）的两个NP硬问题。为了解决这个复杂的问题，我们提出了一种称为Chapbilm的合作优化算法，以通过利用它们之间的相互依赖性来交入解决这两个问题。多个模拟验证轨迹设计与区域分配之间的冲突。合作优化算法的有效性也得到了与传统优化方法的比较，这些方法不利用两个问题之间的相互依赖性。结果，提出的算法以近乎理想的方式成功地解决了多个仿真实例。

本文提出了一项新颖的控制法，以使用尾随机翼无人驾驶飞机（UAV）进行准确跟踪敏捷轨迹，该轨道在垂直起飞和降落（VTOL）和向前飞行之间过渡。全球控制配方可以在整个飞行信封中进行操作，包括与Sideslip的不协调的飞行。显示了具有简化空气动力学模型的非线性尾尾动力学的差异平坦度。使用扁平度变换，提出的控制器结合了位置参考的跟踪及其导数速度，加速度和混蛋以及偏航参考和偏航速率。通过角速度进纸术语包含混蛋和偏航率参考，可以改善随着快速变化的加速度跟踪轨迹。控制器不取决于广泛的空气动力学建模，而是使用增量非线性动态反演（INDI）仅基于局部输入输出关系来计算控制更新，从而导致对简化空气动力学方程中差异的稳健性。非线性输入输出关系的精确反转是通过派生的平坦变换实现的。在飞行测试中对所得的控制算法进行了广泛的评估，在该测试中，它展示了准确的轨迹跟踪和挑战性敏捷操作，例如侧向飞行和转弯时的侵略性过渡。