Quadrocopters hodí, chytit a vyvážit invertované kyvadlo

Anonim

Quadrocopters hodí, chytit a vyvážit invertované kyvadlo

Robotika

Jason Falconer

26. února 2013

6 obrázků

Quadrocopter robot vyvažuje pól, zatímco druhý robot čeká na chycení

Zdá se, že vyvažování pólu na vrcholu létajícího quadrocopter robota nebylo dostatečně náročné pro vědce z Institutu ETH Zurich pro dynamické systémy a řízení. Jejich nejnovější projekt má dva quadrocoptery, které hrají chybu s nejistým vyváženým pólem - první robot spouští tyč do vzduchu, zatímco druhý robot se pohybuje na místě za méně než vteřinu, aby ho chytil, když padá. Neuvěřitelné přesné létání dosažené týmem lze vidět na videu po přestávce.

Práce, vhodně nazvaná "Quadrocopter Pole Acrobatics", provedl Dario Brescianini jako součást své diplomové práce pod vedením Markuse Hehna a Raffaella D 'Andrea na ETH Zurich ' s Flying Machine Arena - speciální laboratoř navržená speciálně pro testování pokročilých létajících manévrů s quadrocoptery. Zkoumali jsme některou z laboratoří dříve, včetně jednoho příkladu, kdy tři kvadrokoptery připojené k síti používaly ke spuštění a zachycení míče, což jsme si mysleli, že bylo docela působivé ... dokud jsme to neviděli.

Začali s 2D matematickým modelem, který popsal, jak by měl quadrocopter létat (včetně jeho rychlosti a trajektorie), aby spustil tyč, kterou vyrovnával do vzduchu. Poté testovali přesnost modelu na fyzickém robotu, včetně toho, jak se skutečně pohybuje kyvadlovým vzduchem. Zjistili, že vlastnost tažení pólu se mění v závislosti na jeho orientaci, a tak vyvinula stavový odhadátor, který jej účtuje.

Návrhy projektu zahrnují kotouče o rozměrech 12 cm (4, 7 palce) připojené ke každému robotu (které slouží jako vyvažovací plošiny) a přidání balónků naplněných moukou na obou koncích kyvadla, které slouží jako jednoduché tlumiče vidí jeden výbuch ve 94 sekundách ve videu níže). Tyto drobné modifikace ulehčují práci, ale nedokáží snížit fakturu demonstrace.

"Tento projekt byl velmi zajímavý, protože kombinoval různé oblasti současného výzkumu a bylo zapotřebí odpovědět na mnoho komplexních otázek: Jak může být tyč vyveden z quadrocopteru? Kde by měl být chycen a co je ještě důležitější kdy? "Brescianini řekl RoboHubovi. "Největší výzvou k tomu, abychom systém spustili, byla chytací část. Vyzkoušeli jsme různé manévry chytání, ale nikdo z nich nepracoval, dokud neuvedeme algoritmus učení, který přizpůsobí parametry trajektorie lovu, aby odstranil systematické chyby.

Aby byl úspěšně umístěn útočný robot, tým vyvinul rychlý generátor trajektorie, který by mohl odhadnout přesnou polohu zachycení za méně než 0, 65 sekundy - krátký čas, který dokončí celý pohyb. Včasné testy byly zpomaleny středním vzdušným srážkám mezi pólem a čtyřkotrojovými jemnými vrtulky, což vyústilo v časově náročné opravy a rekalibraci mezi experimenty.

"Jak se ukázalo, je to pravděpodobně nejnáročnější úkol, který jsme provedli s našimi quadrocoptery, " dodal Hehn. "S výrazně méně než jedna vteřina pro měření kyvadlového letu a získání chytajícího vozidla na místě je to kombinace matematických modelů s generováním trajektorie v reálném čase, optimální řízení a učení z předchozích iterací, které nám umožnily realizovat tento."

Nemusí to být nejpraktičtější aplikace pro létající roboty, ale nebudeme vědět, co tyto typy systémů dokážou udělat, pokud nebudeme testovat.

Zdroj: Flying Machine Arena přes RoboHub

Quadrocopter robot vyvažuje pól, zatímco druhý robot čeká na chycení

Quadrocopter robot spouští tyč do vzduchu, zatímco druhý robot se přesune do polohy, aby ho chytil

Quadrocopter se perfektně pohybuje v poloze, chytající padající tyč přesně tak, jak se vyrovnává

Quadrocopter roboty vyváží, hodí a zachycuje tyč na ETH Zurich 's Flying Machine Arena

Vědci z Institutu pro dynamické systémy a řízení společnosti ETH Zurich vyvinuli matematické modely, které přesně předpovídají, jak by roboty museli letět,

Quadrocopter roboty byly vybaveny deskou 12 cm / 4, 7 palce, kterou lze vyvažovat