从教育和研究的角度来看，关于硬件的实验是机器人技术和控制的关键方面。在过去的十年中，已经介绍了许多用于车轮机器人的开源硬件和软件框架，主要采用独轮车和类似汽车的机器人的形式，目的是使更广泛的受众访问机器人并支持控制系统开发。独轮车通常很小且便宜，因此有助于在较大的机队中进行实验，但它们不适合高速运动。类似汽车的机器人更敏捷，但通常更大且更昂贵，因此需要更多的空间和金钱资源。为了弥合这一差距，我们介绍了Chronos，这是一种具有定制开源电子设备的新型汽车的1/28比例机器人，以及CRS是用于控制和机器人技术的开源软件框架。 CRS软件框架包括实施各种最新的算法，以进行控制，估计和多机构协调。通过这项工作，我们旨在更轻松地使用硬件，并减少启动新的教育和研究项目所需的工程时间。

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。

本文介绍了用于自动赛车的多层运动计划和控制架构，能够避免静态障碍，进行主动超越并达到75 $ m/s $以上的速度。使用的脱机全局轨迹生成和在线模型预测控制器高度基于车辆的优化和动态模型，在该模型中，在基本的Pacejka Magic公式的扩展版本中，轮胎和弯曲效果表示。使用多体汽车运动库鉴定并验证了所提出的单轨模型，这些模型允许正确模拟车辆动力学，在丢失实际实验数据时尤其有用。调整了控制器的基本正规化项和约束，以降低输入的变化速率，同时确保可接受的速度和路径跟踪。运动计划策略由一个基于Fren \'ET框架的计划者组成，该计划者考虑了Kalman过滤器产生的对手的预测。策划者选择了无碰撞路径和速度轮廓要在3秒钟的视野中跟踪，以实现不同的目标，例如跟随和超车。该提议的解决方案已应用于达拉拉AV-21赛车，并在椭圆形赛道上进行了测试，可实现高达25 $ m/s^{2} $的横向加速度。

自主赛车是一项研究领域，由于它将自动驾驶算法推向极限，并作为一般自主驾驶的催化剂。对于规模的自主赛车平台，计算约束和复杂性通常会限制模型预测控制（MPC）的使用。结果，几何控制器是最常部署的控制器。它们在实施和操作简单性的同时被证明是性能。然而，他们固有地缺乏模型动力学的结合，因此将赛车限制在可以忽略轮胎滑动的速度域。本文介绍了基于模型和加速度的追求（MAP）基于高性能模型的轨迹跟踪算法，该算法在利用轮胎动力学的同时保留了几何方法的简单性。与最先进的几何控制器相比，所提出的算法允许在前所未有的速度上准确跟踪轨迹。在横向跟踪误差方面，在实验上验证了地图控制器，并胜过参考几何控制器四倍，以高达11m/s的测试速度产生0.055m的跟踪误差。

Experiments using large numbers of miniature swarm robots are desirable to teach, study, and test multi-robot and swarm intelligence algorithms and their applications. To realize the full potential of a swarm robot, it should be capable of not only motion but also sensing, computing, communication, and power management modules with multiple options. Current swarm robot platforms developed for commercial and academic research purposes lack several of these critical attributes by focusing only on a few of these aspects. Therefore, in this paper, we propose the HeRoSwarm, a fully-capable swarm robot platform with open-source hardware and software support. The proposed robot hardware is a low-cost design with commercial off-the-shelf components that uniquely integrates multiple sensing, communication, and computing modalities with various power management capabilities into a tiny footprint. Moreover, our swarm robot with odometry capability with Robot Operating Systems (ROS) support is unique in its kind. This simple yet powerful swarm robot design has been extensively verified with different prototyping variants and multi-robot experimental demonstrations.

二次运动的准确轨迹跟踪控制对于在混乱环境中的安全导航至关重要。但是，由于非线性动态，复杂的空气动力学效应和驱动约束，这在敏捷飞行中具有挑战性。在本文中，我们通过经验比较两个最先进的控制框架：非线性模型预测控制器（NMPC）和基于差异的控制器（DFBC），通过以速度跟踪各种敏捷轨迹，最多20 m/s（即72 km/h）。比较在模拟和现实世界环境中进行，以系统地评估这两种方法从跟踪准确性，鲁棒性和计算效率的方面。我们以更高的计算时间和数值收敛问题的风险来表明NMPC在跟踪动态不可行的轨迹方面的优势。对于这两种方法，我们还定量研究了使用增量非线性动态反演（INDI）方法添加内环控制器的效果，以及添加空气动力学阻力模型的效果。我们在世界上最大的运动捕获系统之一中进行的真实实验表明，NMPC和DFBC的跟踪误差降低了78％以上，这表明有必要使用内环控制器和用于敏捷轨迹轨迹跟踪的空气动力学阻力模型。

尽管机器人学课程在高等教育方面已建立，但这些课程通常专注于理论，有时缺乏对开发，部署和将软件应用于真实硬件的技术的系统覆盖。此外，大多数用于机器人教学的硬件平台是针对中学水平的年轻学生的低级玩具。为了解决这一差距，开发了一个自动驾驶汽车硬件平台，称为第1 f1 f1tth，用于教授自动驾驶系统。本文介绍了以“赛车”和替换考试的竞赛为主题的各种教育水平教学模块和软件堆栈。第1辆车提供了一个模块化硬件平台及其相关软件，用于教授自动驾驶算法的基础知识。从基本的反应方法到高级计划算法，教学模块通过使用第1辆车的自动驾驶来增强学生的计算思维。第1辆汽车填补了研究平台和低端玩具车之间的空白，并提供了学习自主系统中主题的动手经验。多年的四所大学为他们的学期本科和研究生课程采用了教学模块。学生反馈用于分析第1个平台的有效性。超过80％的学生强烈同意，硬件平台和模块大大激发了他们的学习，而超过70％的学生强烈同意，硬件增强了他们对学科的理解。调查结果表明，超过80％的学生强烈同意竞争激励他们参加课程。

Connected Autonomous Vehicles (CAVs) are key components of the Intelligent Transportation System (ITS), and all-terrain Autonomous Ground Vehicles (AGVs) are indispensable tools for a wide range of applications such as disaster response, automated mining, agriculture, military operations, search and rescue missions, and planetary exploration. Experimental validation is a requisite for CAV and AGV research, but requires a large, safe experimental environment when using full-size vehicles which is time-consuming and expensive. To address these challenges, we developed XTENTH-CAR (eXperimental one-TENTH scaled vehicle platform for Connected autonomy and All-terrain Research), an open-source, cost-effective proportionally one-tenth scaled experimental vehicle platform governed by the same physics as a full-size on-road vehicle. XTENTH-CAR is equipped with the best-in-class NVIDIA Jetson AGX Orin System on Module (SOM), stereo camera, 2D LiDAR and open-source Electronic Speed Controller (ESC) with drivers written in the new Robot Operating System (ROS 2) to facilitate experimental CAV and AGV perception, motion planning and control research, that incorporate state-of-the-art computationally expensive algorithms such as Deep Reinforcement Learning (DRL). XTENTH-CAR is designed for compact experimental environments, and aims to increase the accessibility of experimental CAV and AGV research with low upfront costs, and complete Autonomous Vehicle (AV) hardware and software architectures similar to the full-sized X-CAR experimental vehicle platform, enabling efficient cross-platform development between small-scale and full-scale vehicles.

当由于雨或雪等外部条件而突然牵引时，漂移控制对于自主车辆的安全性是显着的。由于存在显着的侧滑和轮胎几乎完整的饱和度，这是一个具有挑战性的控制问题。在本文中，我们专注于在固定或移动中心的圆形路径之后控制漂移行动，可能会导致轮胎地面互动的变化，这是漂移爱好者的常见培训任务，因此可以用作性能的基准漂移控制。为了实现上述任务，我们提出了一种新颖的等级控制架构，其解耦了轨迹的曲率和中心控制。特别地，外环通过调谐目标曲率来稳定中心，并且内环使用由$ \ mathcal {l} _1 $自适应组件增强的前馈/反馈控制器跟踪曲率。分层体系结构是灵活的，因为内部环路是任务 - 不可行的和适应轮胎道路交互的变化，这允许外部环路独立于低电平动态设计，打开结合复杂的规划算法的可能性。我们在仿真平台以及1/10级无线电控制〜（RC）汽车上实施我们的控制策略，仿真和实验结果都说明了我们在实现上述漂移机动任务方案集中的策略的有效性。

开发了一个领导者追随者系统，用于合作运输。据我们所知，这是一个不需要互联通信的第一工作，并且可以实时修改有效载荷的参考轨迹，以便它可以应用于动态变化的环境。为了在无通信条件下实时跟踪修改的参考轨迹，引导跟随系统被认为是非文展系统，其中开发了控制器以实现有效载荷的渐近跟踪。为了消除安装力传感器的需要，开发了UKFS（Unscented Kalman滤波器）以估计领导者和追随者所施加的力量。进行稳定性分析以证明闭环系统的跟踪误差。仿真结果表明跟踪控制器的良好性能。实验表明，领导者的控制器和追随者可以在现实世界中工作，但是跟踪误差受到限制空间中气流的干扰的影响。

在腿的运动中重新规划对于追踪所需的用户速度，在适应地形并拒绝外部干扰的同时至关重要。在这项工作中，我们提出并测试了实验中的实时非线性模型预测控制（NMPC），用于腿部机器人，以实现各种地形上的动态运动。我们引入了一种基于移动性的标准来定义NMPC成本，增强了二次机器人的运动，同时最大化腿部移动性并提高对地形特征的适应。我们的NMPC基于实时迭代方案，使我们能够以25美元的价格重新计划在线，\ Mathrm {Hz} $ 2 $ 2 $ 2美元的预测地平线。我们使用在质量框架中心中定义的单个刚体动态模型，以提高计算效率。在仿真中，测试NMPC以横穿一组不同尺寸的托盘，走进V形烟囱，并在崎岖的地形上招揽。在真实实验中，我们展示了我们的NMPC与移动功能的有效性，使IIT为87美元\，\ Mathrm {kg} $四分之一的机器人HIQ，以实现平坦地形上的全方位步行，横穿静态托盘，并适应在散步期间重新定位托盘。

在不久的将来，自动驾驶的开发将变得更加复杂，因为这些车辆不仅会依靠自己的传感器，而且还与其他车辆和基础设施进行交流以合作和改善驾驶体验。为此，需要进行一些研究领域，例如机器人技术，沟通和控制，以实施未来的方法。但是，每个领域首先关注其组件的开发，而组件可能对整个系统产生的影响仅在后期考虑。在这项工作中，我们集成了机器人技术，通信和控制的仿真工具，即ROS2，Omnet ++和MATLAB来评估合作驾驶场景。可以利用该框架使用指定工具来开发各个组件，而最终评估可以在完整的情况下进行，从而可以模拟高级多机器人应用程序以进行合作驾驶。此外，它可以用于集成其他工具，因为集成以模块化方式完成。我们通过在合作自适应巡航控制（CACC）和ETSI ITS-G5通信体系结构下展示排量场景来展示该框架。此外，我们比较了理论分析和实际案例研究之间控制器性能的差异。

在腿部机器人技术中，计划和执行敏捷的机动演习一直是一个长期的挑战。它需要实时得出运动计划和本地反馈政策，以处理动力学动量的非物质。为此，我们提出了一个混合预测控制器，该控制器考虑了机器人的致动界限和全身动力学。它将反馈政策与触觉信息相结合，以在本地预测未来的行动。由于采用可行性驱动的方法，它在几毫秒内收敛。我们的预测控制器使Anymal机器人能够在现实的场景中生成敏捷操作。关键要素是跟踪本地反馈策略，因为与全身控制相反，它们达到了所需的角动量。据我们所知，我们的预测控制器是第一个处理驱动限制，生成敏捷的机动操作以及执行低级扭矩控制的最佳反馈策略，而无需使用单独的全身控制器。

以前已经评估过使用轮毂，无人驾驶飞机，立方体，小萨特人等进行空中和地面操纵，感知和侦察的可行性。在所有这些解决方案中，基于气球的系统具有使其极具吸引力的优点，例如，简单的操作机构和持久的操作时间。但是，在基于气球的应用中，有许多障碍要克服，以实现强大的游荡性能。我们试图确定设计和控制挑战，并提出一个新型的机器人平台，该平台允许在火星陨石坑的侦察和感知中应用气球。这项工作简要涵盖了我们建议的驱动和模型预测控制设计框架，用于转向此类气球系统。我们提出了多个无人接地车辆（UGV）的协调伺服，以调节电缆驱动的气球中的张力，并将其连接到未成熟的悬挂有效载荷上。

空中操纵的生长场通常依赖于完全致动的或全向微型航空车（OMAV），它们可以在与环境接触时施加任意力和扭矩。控制方法通常基于无模型方法，将高级扳手控制器与执行器分配分开。如有必要，在线骚扰观察员拒绝干扰。但是，虽然是一般，但这种方法通常会产生次优控制命令，并且不能纳入平台设计给出的约束。我们提出了两种基于模型的方法来控制OMAV，以实现轨迹跟踪的任务，同时拒绝干扰。第一个通过从实验数据中学到的模型来优化扳手命令并补偿模型错误。第二个功能优化了低级执行器命令，允许利用分配无空格并考虑执行器硬件给出的约束。在现实世界实验中显示和评估两种方法的疗效和实时可行性。

Practical operations of coordinated fleets of mobile robots in different environments reveal benefits of maintaining small distances between robots as they move at higher speeds. This is counter-intuitive in that as speed increases, increased distances would give robots a larger time to respond to sudden motion variations in surrounding robots. However, there is a desire to have lower inter-robot distances in examples like autonomous trucks on highways to optimize energy by vehicle drafting or smaller robots in cluttered environments to maintain communication, etc. This work introduces a model based control framework that directly takes non-linear system dynamics into account. Each robot is able to follow closer at high speeds because it makes predictions on the state information from its adjacent robots and biases it's response by anticipating adjacent robots' motion. In contrast to existing controllers, our non-linear model based predictive decentralized controller is able to achieve lower inter-robot distances at higher speeds. We demonstrate the success of our approach through simulated and hardware results on mobile ground robots.

本文介绍了一个自适应寻道纯追踪横向控制器，用于优化赛车度量，如圈时间，平均圈速度，以及从自主赛车场景中的参考轨迹的偏离。我们提出了一种贪婪的算法来计算和为每个航空点计算和分配用于改进种族度量的参考轨迹的纯Puppuit控制器的最佳保护距。我们使用基于ROS的自主赛车模拟器来评估自适应纯追踪算法，并将我们的方法与其他基于纯粹的横向控制器进行比较。我们还在使用F1 / 10自动raceCar上展示了我们在缩放实际测试的方法上。我们的方法导致自动racecar的赛车指标中的重大改善（20％）。

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。

We designed and constructed an A-sized base autonomous underwater vehicle (AUV), augmented with a stack of modular and extendable hardware and software, including autonomy, navigation, control and high fidelity simulation capabilities (A-size stands for the standard sonobuoy form factor, with a maximum diameter of 124 mm). Subsequently, we extended this base vehicle with a novel tuna-inspired morphing fin payload module (referred to as the Morpheus AUV), to achieve good directional stability and exceptional maneuverability; properties that are highly desirable for rigid hull AUVs, but are presently difficult to achieve because they impose contradictory requirements. The morphing fin payload allows the base AUV to dynamically change its stability-maneuverability qualities by using morphing fins, which can be deployed, deflected and retracted, as needed. The base vehicle and Morpheus AUV were both extensively field tested in-water in the Charles river, Massachusetts, USA; by conducting hundreds of hours of operations over a period of two years. The maneuvering capability of the Morpheus AUV was evaluated with and without the use of morphing fins to quantify the performance improvement. The Morpheus AUV was able to showcase an exceptional turning rate of around 25-35 deg/s. A maximum turn rate improvement of around 35% - 50% was gained through the use of morphing fins.

Many aerial robotic applications require the ability to land on moving platforms, such as delivery trucks and marine research boats. We present a method to autonomously land an Unmanned Aerial Vehicle on a moving vehicle. A visual servoing controller approaches the ground vehicle using velocity commands calculated directly in image space. The control laws generate velocity commands in all three dimensions, eliminating the need for a separate height controller. The method has shown the ability to approach and land on the moving deck in simulation, indoor and outdoor environments, and compared to the other available methods, it has provided the fastest landing approach. Unlike many existing methods for landing on fast-moving platforms, this method does not rely on additional external setups, such as RTK, motion capture system, ground station, offboard processing, or communication with the vehicle, and it requires only the minimal set of hardware and localization sensors. The videos and source codes are also provided.