面向特技四旋翼飞行的模型预测控制研究
机器人学
2024-02-01 v1
摘要
本研究探讨了四旋翼飞行器特技飞行的建模与控制，重点关注执行翻滚动作。翻滚是将传感器探头投送至禁飞区或危险区域（如火山口）的一种巧妙方式。成功的翻滚需要可行的轨迹和精确的控制，这受到旋翼动力学、推力分配和控制方法的影响。本研究引入了一种使用模型预测控制（MPC）进行实时轨迹规划的新方法。该MPC考虑了动态约束和环境变量，确保系统在机动过程中的稳定性。通过在ROS和Gazebo中的仿真研究，检验了所提出方法的有效性，提供了关于四旋翼行为、响应时间和轨迹精度的见解。在使用PixHawk 4和Hardkernel Odroid的定制敏捷四旋翼上进行的实时飞行实验验证了MPC设计的控制器。实验证实了成功的执行和对真实世界场景的适应性。研究成果为自主空中机器人技术，尤其是空中特技飞行做出了贡献，增强了任务能力。MPC控制器在探头投掷和通过高效飞行路径（例如，完整的横滚机动）获取最佳图像捕获视角中找到了应用。这项研究为四旋翼在苛刻场景中的应用铺平了道路，展示了突破性的应用。视频链接：\url{ https://www.youtube.com/watch?v=UzR0PWjy9W4}
引用
@article{arxiv.2401.17418,
title = {Towards Model Predictive Control for Acrobatic Quadrotor Flights},
author = {Saransh Jain and Yash Shethwala and Jnaneshwar Das},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.17418},
year = {2024}
}