Incremental Nonlinear Dynamic Inversion based Optical Flow Control for Flying Robots: An Efficient Data-driven Approach

要約

この論文では、超小型航空機 (MAV) のオプティカル フロー制御のための新しいアプローチを紹介します。
オプティカル フローの観測対象には非線形性があるため、この作業は困難です。
私たちが提案するインクリメンタル非線形動的反転 (INDI) 制御スキームには、非線形性に対処するための効率的なデータ駆動型の方法が組み込まれています。
時間とともに変化する制御効果の逆数をリアルタイムで直接推定するため、一定の仮定の必要性がなくなり、従来の INDI における大量の計算が回避されます。
このアプローチは、オプティカル フロー制御で一般的に発生する急速に変化するシステム ダイナミクス、特に高さに依存する変化を効果的に処理します。
提案された制御スキームのロバスト性と効率性を、数値シミュレーションだけでなく実世界の飛行テストでも実証します。さまざまな追跡設定値を使用した静的で平らな面への MAV の複数回の着陸、移動する起伏のある面でのホバリングと着陸です。
ノイズの多いオプティカル フロー推定と着陸面の横方向および縦方向の動きの存在という課題にもかかわらず、MAV は高度と垂直速度の両方をほぼ同時に指数関数的に減衰させながら、面を追跡または着陸することに成功しています。
望んだ通りに。

要約(オリジナル)

This paper presents a novel approach for optical flow control of Micro Air Vehicles (MAVs). The task is challenging due to the nonlinearity of optical flow observables. Our proposed Incremental Nonlinear Dynamic Inversion (INDI) control scheme incorporates an efficient data-driven method to address the nonlinearity. It directly estimates the inverse of the time-varying control effectiveness in real-time, eliminating the need for the constant assumption and avoiding high computation in traditional INDI. This approach effectively handles fast-changing system dynamics commonly encountered in optical flow control, particularly height-dependent changes. We demonstrate the robustness and efficiency of the proposed control scheme in numerical simulations and also real-world flight tests: multiple landings of an MAV on a static and flat surface with various tracking setpoints, hovering and landings on moving and undulating surfaces. Despite being challenged with the presence of noisy optical flow estimates and the lateral and vertical movement of the landing surfaces, the MAV is able to successfully track or land on the surface with an exponential decay of both height and vertical velocity at almost the same time, as desired.

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