Docking Multirotors in Close Proximity using Learnt Downwash Models

要約

モデル化されていない空力の乱れは、複数の車両が互いに近接している場合のマルチコプター飛行にとって重要な課題となります。
ただし、特定のミッションでは、2 つのマルチローターが互いに体長 1 ～ 2 個以内で接近し、編隊を維持する必要があります。そのような実際的な例の 1 つを検討します。それは、空中で 2 つのマルチローターを垂直にドッキングすることです。
このリーダーとフォロワーの設定では、フォロワーは最終的なドッキング段階でリーダーからの重大なダウンウォッシュ干渉を受けます。
これを補うために、最適なフィードバック コントローラー内でオンラインで学習されたダウンウォッシュ モデルを採用し、ドッキング操作を正確に追跡し、編隊を保持します。
さまざまな操縦による現実世界の飛行を通じて、この補償が、従来の単純なアプローチで必要となる大きな垂直分離を軽減するために重要であることを実証します。
私たちの評価では、リーダーの体長 2 つ以内に垂直に近づく場合、フォロワーの追跡誤差は 0.06 m 未満 (3 ～ 4 倍の減少) であることがわかりました。
最後に、完全なシステムを展開して、2 つの空中マルチローター間の物理的ドッキングを単一の滑らかな計画軌道で成功させます。

要約(オリジナル)

Unmodeled aerodynamic disturbances pose a key challenge for multirotor flight when multiple vehicles are in close proximity to each other. However, certain missions \textit{require} two multirotors to approach each other within 1-2 body-lengths of each other and hold formation — we consider one such practical instance: vertically docking two multirotors in the air. In this leader-follower setting, the follower experiences significant downwash interference from the leader in its final docking stages. To compensate for this, we employ a learnt downwash model online within an optimal feedback controller to accurately track a docking maneuver and then hold formation. Through real-world flights with different maneuvers, we demonstrate that this compensation is crucial for reducing the large vertical separation otherwise required by conventional/naive approaches. Our evaluations show a tracking error of less than 0.06m for the follower (a 3-4x reduction) when approaching vertically within two body-lengths of the leader. Finally, we deploy the complete system to effect a successful physical docking between two airborne multirotors in a single smooth planned trajectory.

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