A Modular Aerial System Based on Homogeneous Quadrotors with Fault-Tolerant Control

要約

標準クワッドローターは、ここ数十年で最も人気があり広く使用されている航空機の 1 つであり、機械的な単純さとともに優れた操縦性を提供します。
ただし、特に 6 自由度 (DOF) で目的のレンチを生成する場合、アンダーアクチュエーション特性によりその用途が制限されます。
したがって、既存の作業では、機械的な複雑さと航空システムの制御可能な DOF の間で妥協することがよくあります。
標準的なクアローターの機械的な単純さを利用するために、均質なクアローターベースのモジュールのみを組み合わせたモジュール式航空システム IdentiQuad を提案します。
各 IdentiQuad は、標準的なクワッドローターと同様に単独で操作できますが、同時にタスク固有のアセンブリが可能になり、システムの制御可能な DOF が増加します。
各モジュールはアセンブリ内で交換可能です。
また、ローターの故障に耐え、各モジュールのエネルギー消費のバランスをとることができる、アセンブリのさまざまな構成に対応する一般的なコントローラーも提案します。
システムとそのコントローラーの機能と堅牢性は、さまざまなアセンブリ構成の物理ベースのシミュレーションを使用して検証されます。

要約(オリジナル)

The standard quadrotor is one of the most popular and widely used aerial vehicle of recent decades, offering great maneuverability with mechanical simplicity. However, the under-actuation characteristic limits its applications, especially when it comes to generating desired wrench with six degrees of freedom (DOF). Therefore, existing work often compromises between mechanical complexity and the controllable DOF of the aerial system. To take advantage of the mechanical simplicity of a standard quadrotor, we propose a modular aerial system, IdentiQuad, that combines only homogeneous quadrotor-based modules. Each IdentiQuad can be operated alone like a standard quadrotor, but at the same time allows task-specific assembly, increasing the controllable DOF of the system. Each module is interchangeable within its assembly. We also propose a general controller for different configurations of assemblies, capable of tolerating rotor failures and balancing the energy consumption of each module. The functionality and robustness of the system and its controller are validated using physics-based simulations for different assembly configurations.

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