Towards Model Predictive Control for Acrobatic Quadrotor Flights

要約

この研究では、フリップ操作の実行に焦点を当て、クアッドローター アクロバットのモデリングと制御を調査します。
フリップは、火山噴火口などの飛行禁止区域または危険区域にセンサー プローブを届けるエレガントな方法です。
フリップを成功させるには、ローターのダイナミクス、推力の配分、制御方法に影響される、実現可能な軌道と正確な制御が必要です。
この研究では、リアルタイムの軌道計画にモデル予測制御 (MPC) を使用した新しいアプローチが導入されています。
MPC は動的制約と環境変数を考慮し、操縦中のシステムの安定性を確保します。
提案された方法論の有効性は、ROS と Gazebo でのシミュレーション研究を通じて検証され、クアッドローターの動作、応答時間、軌道精度についての洞察が得られます。
PixHawk 4 と Hardkernel Odroid を使用したカスタム アジャイル クワッドローターでのリアルタイム飛行実験により、MPC 設計のコントローラーが検証されました。
実験により、実行の成功と現実世界のシナリオへの適応性が確認されます。
成果は自律飛行ロボット工学、特に空中アクロバットに貢献し、ミッション能力を強化します。
MPC コントローラーは、フルロール操縦などの効率的な飛行経路を通じたプローブの投射や最適な画像キャプチャ ビューにアプリケーションを見出します。
この研究は、要求の厳しいシナリオにおけるクワッドローターへの道を切り開き、画期的なアプリケーションを紹介します。
ビデオリンク: \url{ https://www.youtube.com/watch?v=UzR0PWjy9W4}

要約(オリジナル)

This study explores modeling and control for quadrotor acrobatics, focusing on executing flip maneuvers. Flips are an elegant way to deliver sensor probes into no-fly or hazardous zones, like volcanic vents. Successful flips require feasible trajectories and precise control, influenced by rotor dynamics, thrust allocation, and control methodologies. The research introduces a novel approach using Model Predictive Control (MPC) for real-time trajectory planning. The MPC considers dynamic constraints and environmental variables, ensuring system stability during maneuvers. The proposed methodology’s effectiveness is examined through simulation studies in ROS and Gazebo, providing insights into quadrotor behavior, response time, and trajectory accuracy. Real-time flight experiments on a custom agile quadrotor using PixHawk 4 and Hardkernel Odroid validate MPC-designed controllers. Experiments confirm successful execution and adaptability to real-world scenarios. Outcomes contribute to autonomous aerial robotics, especially aerial acrobatics, enhancing mission capabilities. MPC controllers find applications in probe throws and optimal image capture views through efficient flight paths, e.g., full roll maneuvers. This research paves the way for quadrotors in demanding scenarios, showcasing groundbreaking applications. Video Link: \url{ https://www.youtube.com/watch?v=UzR0PWjy9W4}

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