Modeling Aggregate Downwash Forces for Dense Multirotor Flight

要約

マルチローターの群れによる高密度編隊飛行は、自然界からインスピレーションを得た強力な飛行体制であり、現実世界でも数多くの応用例があります。
ただし、マルチコプターが互いに垂直方向に近接して飛行する場合、車両からのプロペラのダウンウォッシュが相互に不安定な影響を与える可能性があります。
残念ながら、同質のチームであっても、1 台の車両からのダウンウォッシュ力の正確なモデルは、編隊を組む複数の車両からの総力を予測するには十分ではありません。
この研究では、自車両に近接して飛行する 1 台以上の車両によって生成される相互作用パターンをモデル化します。
まず、マルチローターフレームに作用する6自由度の外因力を捕捉するように設計された実験用テストリグを紹介します。
次に、これらの測定された力を、その近くでさまざまなパターンで飛行する 2 つのマルチコプターの相対状態の関数として研究し、特徴付けます。
私たちの分析は、これらの相互作用の集合体に存在する強い非線形性を捉えています。
次に、フォーメーションをグラフとしてモデル化することにより、力の集合関数を学習するための新しいアプローチを提示し、それをより単純な線形モデルと対比します。
最後に、編成に 4 台目の車両が追加されたときに、提案したモデルがどのように一般化されるかを調査します。

要約(オリジナル)

Dense formation flight with multirotor swarms is a powerful, nature-inspired flight regime with numerous applications in the realworld. However, when multirotors fly in close vertical proximity to each other, the propeller downwash from the vehicles can have a destabilising effect on each other. Unfortunately, even in a homogeneous team, an accurate model of downwash forces from one vehicle is unlikely to be sufficient for predicting aggregate forces from multiple vehicles in formation. In this work, we model the interaction patterns produced by one or more vehicles flying in close proximity to an ego-vehicle. We first present an experimental test rig designed to capture 6-DOF exogenic forces acting on a multirotor frame. We then study and characterize these measured forces as a function of the relative states of two multirotors flying various patterns in its vicinity. Our analysis captures strong non-linearities present in the aggregation of these interactions. Then, by modeling the formation as a graph, we present a novel approach for learning the force aggregation function, and contrast it against simpler linear models. Finally, we explore how our proposed models generalize when a fourth vehicle is added to the formation.

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