Control of Unknown Quadrotors from a Single Throw

要約

本論文では、投擲前に制御パラメータが分からない場合に、投擲からクワッドローターUAVを回復させる方法を提示する。レーシングドローンのハードウェアとソフトウェアで利用可能な高周波ローター速度フィードバックを活用し、制御効果値を求め、再帰的最小二乗法（RLS）推定を用いてモーターモデルを適合させる。さらに、ジャイロスコープのセンシング限界内に収まることを保証しながら、大きな作動コマンドを提供する励磁シーケンスを提案する。450msの励磁後、INDI姿勢コントローラが52個の適合パラメータを用いて回転運動を停止し、直立姿勢を回復する。最後に、NDI位置コントローラが機体を位置設定点まで駆動します。提案アルゴリズムは、一般的なUAVフライトコントローラに見られるマイクロコントローラで効率的に動作し、3.5mという低いスローハイトで57回のライブ実験において、毎回機敏なクアドローターを回復することが示され、初期回転やノイズに対する頑健性が実証された。また、投擲シミュレーションにおいてランダム化されたクアドローターの制御を実証し、パラメータフィッティングのRMS誤差は通常、真の値の10％以内であった。 この研究はIROS 2024に投稿され、出版される可能性がある。著作権は予告なく譲渡される可能性があり、その場合このバージョンにアクセスできなくなる可能性があります。

要約(オリジナル)

This paper presents a method to recover quadrotor UAV from a throw, when no control parameters are known before the throw. We leverage the availability of high-frequency rotor speed feedback available in racing drone hardware and software to find control effectiveness values and fit a motor model using recursive least squares (RLS) estimation. Furthermore, we propose an excitation sequence that provides large actuation commands while guaranteeing to stay within gyroscope sensing limits. After 450ms of excitation, an INDI attitude controller uses the 52 fitted parameters to arrest rotational motion and recover an upright attitude. Finally, a NDI position controller drives the craft to a position setpoint. The proposed algorithm runs efficiently on microcontrollers found in common UAV flight controllers, and was shown to recover an agile quadrotor every time in 57 live experiments with as low as 3.5m throw height, demonstrating robustness against initial rotations and noise. We also demonstrate control of randomized quadrotors in simulated throws, where the parameter fitting RMS error is typically within 10% of the true value. This work has been submitted to IROS 2024 for possible publication. Copyright may be transferred without notice, after which this version may no longer be accessible.

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