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2015IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation(ICRA)
WashingtonStateConventionCenter
Seattle,Washington,May26-30,2015
PassiveStabilityofVehiclesWithoutAngularMomentumIncluding
QuadrotorsandOrnithopters
MatthewPiccoli1andMarkYim2
—Thepaperpresentsamodelforaddingstabilizers
toaflyingdevicewithoutrotationalmomentum(suchas
quadrotorsorornithopters)thatwillcreatepassivelystable
vehiclesinhover.Thismodelenablesthedesignofthesize
andlocationofthesestabilizersthatwillvarythestability
andperformanceofthevehicle.Themodelisverifiedwith
nineexperimentalvehiclesthatspanthestabilitydesignspace.
Passivestabilityallowstheremovalofcostlyinertialsensors
andincreasestherobustnessofthevehicle.Analysisofthecost
anddragthatimpactsflightperformanceisalsodiscussed.
I.INTRODUCTION
Therehasbeenanincreasinginterestinmicroairvehi-
cles(MAVs).Theseroboticairvehiclescanhoverandbe
arbitrarilypositionedin3Dspace.Theapplicationsrange
fromsearchandrescueofhazardousorunreachablelocations
todeliveryofpayloadsandmostrecentlytotoys.Simple,
low-costMAVscouldalsodemocratizetheuseofthese
devicesandfitmanyconsumerapplicationsincludingrobotic
informationaidsandalassistants.
Four-propellerMAVs,calledquadrotorsorquadcopters,Fig.1:Prototypetestplatform.
arebecomingpopularasseenbycommerciallyavailablede-
vicesfortheconsumermarket.Thestabilityofthesevehiclesstabilizersareinertial,inthattheyreferenceinertia(viagyro-
isnottrivial,butnowcanbe
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