Robust Fault-Tolerant Control and Agile Trajectory Planning for Modular Aerial Robotic Systems

要約

モジュラー航空ロボットシステム（MARS）は、さまざまなミッション要件や障害条件に適応するために自己再構成できる複数のドローンユニットで構成されています。
ただし、既存の断層耐性制御方法は、ドッキングと分離中に大きな振動を示し、システムの安定性に影響を与えます。
この問題に対処するために、任意の数のモジュラーロボットとそのアセンブリ層に適応する新しい障害耐性制御再配置方法を提案します。
アルゴリズムは、火星の中心に比べて瞬間の腕に応じて、火星に必要な予想される集団力とトルクを個々のユニットに再分配します。
さらに、arbitrary意的な構成の火星のためのアジャイル軌道計画方法を提案します。
私たちの仕事は、火星のためのフォールトトレラントおよび衝突回避飛行を可能にする最初の包括的なアプローチを表しています。
広範なシミュレーションを通じて方法を検証し、障害トレランスの改善、軌道追跡の精度の向上、乱雑な環境での堅牢性の向上を実証します。
この作業のビデオとソースコードは、https：//github.com/ruihuangnus/mars-ftcc/で入手できます。

要約(オリジナル)

Modular Aerial Robotic Systems (MARS) consist of multiple drone units that can self-reconfigure to adapt to various mission requirements and fault conditions. However, existing fault-tolerant control methods exhibit significant oscillations during docking and separation, impacting system stability. To address this issue, we propose a novel fault-tolerant control reallocation method that adapts to arbitrary number of modular robots and their assembly formations. The algorithm redistributes the expected collective force and torque required for MARS to individual unit according to their moment arm relative to the center of MARS mass. Furthermore, We propose an agile trajectory planning method for MARS of arbitrary configurations, which is collision-avoiding and dynamically feasible. Our work represents the first comprehensive approach to enable fault-tolerant and collision avoidance flight for MARS. We validate our method through extensive simulations, demonstrating improved fault tolerance, enhanced trajectory tracking accuracy, and greater robustness in cluttered environments. The videos and source code of this work are available at https://github.com/RuiHuangNUS/MARS-FTCC/

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