NMPC-based Unified Posture Manipulation and Thrust Vectoring for Fault Recovery

要約

マルチローターは、高度でのアクチュエーターの障害が容易にクラッシュし、ロボットの破壊をもたらす可能性があるため、重大なリスクに直面しています。
したがって、無人航空機のロボットの断層耐性の安全な操作には、アクチュエータの故障が発生した場合の急速な障害回復が必要です。
この作業では、姿勢操作とスラストベクトル化の統一に基づいて、障害回復アプローチを提示します。
この作業の重要な貢献は次のとおりです。1）姿勢制御とスラストベクトル化をキャプチャする2つのフライトダイナミクスモデル（高忠実度と低下）の導出です。
2）非線形モデル予測制御（NMPC）に基づくコントローラーの設計と、SIMSCAPEのマルチモーダルモビリティモルフォボボット（M4）の高忠実度モデルを使用したシミュレーションにおける障害回復の実証。

要約(オリジナル)

Multi-rotors face significant risks, as actuator failures at high altitudes can easily result in a crash and the robot’s destruction. Therefore, rapid fault recovery in the event of an actuator failure is necessary for the fault-tolerant and safe operation of unmanned aerial robots. In this work, we present a fault recovery approach based on the unification of posture manipulation and thrust vectoring. The key contributions of this work are: 1) Derivation of two flight dynamics models (high-fidelity and reduced-order) that capture posture control and thrust vectoring. 2) Design of a controller based on Nonlinear Model Predictive Control (NMPC) and demonstration of fault recovery in simulation using a high-fidelity model of the Multi-Modal Mobility Morphobot (M4) in Simscape.

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