Quadrocopters ném, bắt và cân bằng một con lắc ngược

Anonim

Quadrocopters ném, bắt và cân bằng một con lắc ngược

Rô bốt

Jason Falconer

Ngày 26 tháng 2 năm 2013

6 hình

Một robot bốn chân cân bằng một cực trong khi một robot thứ hai chờ để bắt nó

Rõ ràng, việc cân bằng một cây sào trên đầu một con robot tứ giác đang bay không đủ thách thức đối với các nhà nghiên cứu tại Viện Hệ thống Động lực và Điều khiển của ETH Zurich. Dự án mới nhất của họ có hai quadrocopters chơi đuổi bắt với một cây cột cân bằng bấp bênh - robot đầu tiên phóng cây cột lên không trung, trong khi robot thứ hai khéo léo di chuyển vào vị trí trong chưa đầy một giây để bắt nó khi nó rơi xuống. Độ chính xác đáng kinh ngạc mà đội đạt được có thể được nhìn thấy trong một video sau giờ nghỉ.

Tác phẩm có tên thích hợp là Quad Quadopopter Extreme Acrobatics, được thực hiện bởi Dario Brescianini như một phần của luận án thạc sĩ dưới sự giám sát của Markus Hehn và Raffaello D 'Andrea tại Flying Machine Arena của ETH Zurich - một phòng thí nghiệm đặc biệt được thiết kế dành riêng cho thử nghiệm các động tác bay tiên tiến với quadrocopters. Chúng tôi đã bao gồm một số công việc của phòng thí nghiệm trước đây, bao gồm một ví dụ trong đó ba quadrocopters được gắn vào lưới đã sử dụng nó để phóng và bắt một quả bóng, mà chúng tôi nghĩ là khá ấn tượng ... cho đến khi chúng tôi thấy điều này.

Họ đã bắt đầu với một mô hình toán học 2D mô tả cách một động cơ tứ giác cần bay (bao gồm cả tốc độ và quỹ đạo của nó) để phóng một cây cột đang cân bằng lên không trung. Sau đó, họ đã kiểm tra độ chính xác của mô hình trên robot vật lý, bao gồm cả cách con lắc trên không thực sự di chuyển. Họ thấy rằng các thuộc tính kéo của cực đã thay đổi tùy theo hướng của nó và do đó đã phát triển một công cụ ước tính trạng thái để giải thích cho nó.

Sự cẩn thận của dự án bao gồm các đĩa 12 cm (4, 7 inch) được gắn vào mỗi robot (đóng vai trò là nền tảng cân bằng) và thêm bóng bay chứa đầy bột ở hai đầu của con lắc để phục vụ như một bộ giảm xóc đơn giản (bạn có thể thấy một phát nổ ở 94 giây trong video dưới đây). Những sửa đổi nhỏ này làm cho công việc trở nên dễ dàng hơn, nhưng không làm giảm yếu tố wow của cuộc biểu tình.

"Dự án này rất thú vị bởi vì nó đã kết hợp nhiều lĩnh vực nghiên cứu hiện tại và nhiều câu hỏi phức tạp đã được trả lời: Làm thế nào cực có thể được phóng ra khỏi bộ tứ cực? Nó nên được bắt ở đâu và - quan trọng hơn - khi nào? ? "Brescianini nói với RoboHub. "Thách thức lớn nhất để hệ thống hoạt động là phần bắt. Chúng tôi đã thử các thao tác bắt khác nhau, nhưng không có thao tác nào cho đến khi chúng tôi giới thiệu thuật toán học, điều chỉnh các tham số của quỹ đạo bắt để loại bỏ các lỗi hệ thống. "

Để định vị thành công robot bắt, nhóm nghiên cứu đã phát triển một máy phát quỹ đạo nhanh có thể ước tính vị trí bắt chính xác trong chưa đầy 0, 65 giây - thời gian ngắn để hoàn thành toàn bộ quá trình di chuyển. Các thử nghiệm ban đầu đã bị cản trở bởi các va chạm giữa không trung giữa cực và các cánh quạt tinh tế của bộ tứ cực, dẫn đến việc sửa chữa tốn thời gian và hiệu chuẩn lại giữa các thí nghiệm.

"Khi nó bật ra, nó có lẽ là nhiệm vụ khó khăn nhất mà chúng tôi đã thực hiện với tứ giác của mình, " Hehn nói thêm. "Với chưa đầy một giây để đo chuyến bay con lắc và đưa phương tiện bắt vào vị trí, đó là sự kết hợp giữa các mô hình toán học với việc tạo quỹ đạo thời gian thực, điều khiển tối ưu và học hỏi từ các lần lặp trước cho phép chúng tôi thực hiện điều này."

Nó có thể không phải là ứng dụng thực tế nhất cho robot bay, nhưng chúng tôi sẽ không biết những loại hệ thống này có thể làm gì trừ khi chúng tôi thử nghiệm chúng.

Nguồn: Đấu trường máy bay qua RoboHub

Một robot bốn chân cân bằng một cực trong khi một robot thứ hai chờ để bắt nó

Một robot bốn chân phóng một cây sào lên không trung trong khi robot thứ hai di chuyển vào vị trí để bắt nó

Một quadrocopter di chuyển hoàn hảo vào vị trí, bắt chính xác cực rơi khi nó vượt ra ngoài

Robot Quadrocopter cân bằng, tung và bắt một cây sào tại Flying Machine Arena của ETH Zurich

Các nhà nghiên cứu tại Viện Hệ thống Động lực và Điều khiển của ETH Zurich đã phát triển các mô hình toán học để dự đoán chính xác các robot sẽ cần phải bay như thế nào để đạt được kỳ tích

Các robot quadrocopter được trang bị tấm 12 cm / 4, 7 inch để cân bằng cực