Efficient Optimization-based Cable Force Allocation for Geometric Control of a Multirotor Team Transporting a Payload

要約

複数のマルチローターに取り付けられた重いペイロードの運搬を考える。現在の最新のコントローラは、ケーブルの長さに比べてサイズが小さいペイロードを運搬するタスクの場合、ロボット間の衝突を全く回避できず墜落につながるか、計算負荷の高い非線形最適化を使用するかのいずれかである。我々は、幾何学的コントローラの安定性を維持しながら、このような衝突を効果的に回避するために、幾何学的ペイロード輸送コントローラのための効率的な最適化ベースのケーブル力配分を提案する。我々のアプローチは、高度に制約された組込み飛行制御装置上で効率的に解くことができる、注意深く設計された二次プログラムのカスケードを導入する。 本アプローチは、最大10台のロボットに対して、スケーラビリティの点で最先端のコントローラを少なくとも1桁上回ることを示す。我々は、様々なペイロードとケーブル長を持つ最大3台の小型マルチローターによる困難なシナリオにおいて、我々の手法を実証する。

要約(オリジナル)

We consider transporting a heavy payload that is attached to multiple multirotors. The current state-of-the-art controllers either do not avoid inter-robot collision at all, leading to crashes when tasked with carrying payloads that are small in size compared to the cable lengths, or use computational demanding nonlinear optimization. We propose an efficient optimization-based cable force allocation for a geometric payload transport controller to effectively avoid such collisions, while retaining the stability properties of the geometric controller. Our approach introduces a cascade of carefully designed quadratic programs that can be solved efficiently on highly constrained embedded flight controllers. We show that our approach exceeds the state-of-the-art controllers in terms of scalability by at least an order of magnitude for up to 10 robots. We demonstrate our method on challenging scenarios with up to three small multirotors with various payloads and cable lengths, where our controller runs in realtime directly on a microcontroller on the robots.

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