Quad Rotorcraft Control: Vision-Based Hovering and Navigation

Quad Rotorcraft Control روش‌های کنترل اصلی را برای ناوبری و پرواز شناور هلیکوپتر رباتیک مینی چهار روتور خودران توسعه می‌دهد. این روش ها از یک سیستم تصویربرداری و ترکیبی از سنسورهای اینرسی و ارتفاع برای بومی سازی و هدایت حرکت هواپیمای بدون سرنشین نسبت به محیط نزدیک آن استفاده می کنند.
تاریخچه، طبقه بندی و کاربردهای پهپادها معرفی می شود و به دنبال آن تکنیک های مدل سازی برای چهار روتور و خود پلت فرم آزمایشی توضیح داده می شود. سپس یک استراتژی کنترلی برای بهبود تثبیت نگرش در چهار روتور پیشنهاد شده و در آزمایش‌های بلادرنگ آزمایش می‌شود. این استراتژی، مبتنی بر استفاده از اجزای کم‌هزینه و با استحکام تجربی تثبیت‌شده، از رانش در موقعیت زاویه‌ای پهپاد با افزودن یک حلقه کنترل داخلی به هر کنترل‌کننده سرعت الکترونیکی جلوگیری می‌کند و تضمین می‌کند که در طول پرواز شناور، هر چهار موتور در حالت چرخش قرار گیرند. تقریبا همون سرعت زوایای اویلر کوادروتور که بسیار نزدیک به مبدأ است، حسگرهای دیگری مانند GPS یا تجهیزات سنجش تصویر را می توان برای انجام وظایف موقعیت یابی یا ردیابی مسیر خودران گنجاند.
دو استراتژی مبتنی بر چشم انداز، که هر کدام برای مقابله با نوع خاصی از ماموریت طراحی شده اند، معرفی شده و به طور جداگانه آزمایش می شوند. اولی چهار روتور را روی یک سکوی فرود روی زمین تثبیت می کند. موقعیت 3 بعدی را با استفاده از تخمین هموگرافی استخراج می کند و سرعت انتقال را با محاسبه جریان نوری بدست می آورد. دومی ترکیبی از الگوریتم‌های استخراج رنگ و تشخیص خط برای کنترل موقعیت 3 بعدی کوادروتور و تنظیم سرعت رو به جلو در طول یک کار دنبال کردن جاده است.
به منظور تخمین ویژگی‌های انتقالی-دینامیکی چهار روتور (موقعیت نسبی و سرعت انتقال) هنگام تکامل آنها در یک ساختمان یا سایر محیط‌های بدون ساختار و فاقد GPS، حسگرهای تصویربرداری، اینرسی و ارتفاع در یک حالت ترکیب می‌شوند. مشاهده کننده.
این متن به خواننده دیدگاه فعلی را از مشکلاتی که در کنترل پهپادها با آن مواجه می‌شود، به ویژه مشکلات مربوط به ماشین‌های پرنده چهار روتوری ارائه می‌دهد و محققان و دانشجویان فارغ‌التحصیل را که در این زمینه کار می‌کنند مورد توجه قرار می‌دهد. استراتژی‌های کنترل مبتنی بر بینایی ارائه‌شده به خواننده کمک می‌کند تا درک بهتری از نحوه استفاده از یک سیستم تصویربرداری برای به دست آوردن اطلاعات مورد نیاز برای انجام وظایف شناور و ناوبری که همه جا در عملیات پهپاد چرخشی وجود دارد، به دست آورد.

Quad Rotorcraft Control develops original control methods for the navigation and hovering flight of an autonomous mini-quad-rotor robotic helicopter. These methods use an imaging system and a combination of inertial and altitude sensors to localize and guide the movement of the unmanned aerial vehicle relative to its immediate environment.
The history, classification and applications of UAVs are introduced, followed by a description of modelling techniques for quad-rotors and the experimental platform itself. A control strategy for the improvement of attitude stabilization in quad-rotors is then proposed and tested in real-time experiments. The strategy, based on the use low-cost components and with experimentally-established robustness, avoids drift in the UAV’s angular position by the addition of an internal control loop to each electronic speed controller ensuring that, during hovering flight, all four motors turn at almost the same speed. The quad-rotor’s Euler angles being very close to the origin, other sensors like GPS or image-sensing equipment can be incorporated to perform autonomous positioning or trajectory-tracking tasks.
Two vision-based strategies, each designed to deal with a specific kind of mission, are introduced and separately tested. The first stabilizes the quad-rotor over a landing pad on the ground; it extracts the 3-dimensional position using homography estimation and derives translational velocity by optical flow calculation. The second combines colour-extraction and line-detection algorithms to control the quad-rotor’s 3-dimensional position and achieves forward velocity regulation during a road-following task.
In order to estimate the translational-dynamical characteristics of the quad-rotor (relative position and translational velocity) as they evolve within a building or other unstructured, GPS-deprived environment, imaging, inertial and altitude sensors are combined in a state observer.
The text give the reader a current view of the problems encountered in UAV control, specifically those relating to quad-rotor flying machines and it will interest researchers and graduate students working in that field. The vision-based control strategies presented help the reader to a better understanding of how an imaging system can be used to obtain the information required for performance of the hovering and navigation tasks ubiquitous in rotored UAV operation.