Quadrocopters gooien, vangen en balanceren een omgekeerde slinger

Anonim

Quadrocopters gooien, vangen en balanceren een omgekeerde slinger

Robotics

Jason Falconer

26 februari 2013

6 afbeeldingen

Een quadrocopter-robot brengt een paal in balans terwijl een tweede robot wacht om deze te vangen

Blijkbaar was het balanceren van een paal boven op een vliegende quadrocopter-robot niet voldoende uitdagend voor de onderzoekers van het ETH Zürich 's instituut voor dynamische systemen en controle. Hun nieuwste project heeft twee quadrocopters die catch spelen met een gevaarlijk uitgebalanceerde paal - de eerste robot lanceert de paal in de lucht, terwijl de tweede robot behendig in minder dan een seconde in positie beweegt om hem te vangen terwijl hij valt. De ongelooflijke precisie vliegen bereikt door het team kan worden gezien in een video na de pauze.

Het werk, toepasselijk getiteld "Quadrocopter Pole Acrobatics, " werd gedaan door Dario Brescianini als onderdeel van zijn masterscriptie onder supervisie van Markus Hehn en Raffaello D 'Andrea bij ETH Zürich ' s Flying Machine Arena - een speciaal laboratorium speciaal ontworpen voor testen van geavanceerde vliegmanoeuvres met quadrocopters. We hebben eerder een deel van het werk van het lab besproken, waaronder een voorbeeld waarbij drie quadrocopters op een net het gebruikten om een ​​bal te lanceren en te vangen, waarvan we dachten dat die behoorlijk indrukwekkend was ... totdat we dit zagen.

Ze begonnen met een 2D-wiskundig model dat beschreef hoe een quadrocopter zou moeten vliegen (inclusief de snelheid en het traject) om een ​​paal te lanceren die hij in de lucht balanceerde. Vervolgens testten ze de nauwkeurigheid van het model op de fysieke robot, inclusief hoe de luchtslinger daadwerkelijk beweegt. Ze ontdekten dat de sleepeigenschappen van de pool veranderden afhankelijk van de oriëntatie, en ontwikkelden zo een toestandsschatter om er rekening mee te houden.

Het voorbehoud van het project omvat 12-cm (4, 7-inch) schijven die aan elke robot zijn bevestigd (die dienen als balanceringsplatforms) en de toevoeging van ballonnen gevuld met meel aan beide uiteinden van de slinger om te dienen als eenvoudige schokdempers (u kan ontploffen op 94 seconden in de video hieronder). Deze kleine wijzigingen maken de klus een beetje eenvoudiger, maar laten de wow-factor van de demonstratie niet afnemen.

"Dit project was zeer interessant omdat het verschillende gebieden van het huidige onderzoek combineerde en veel complexe vragen moesten worden beantwoord: Hoe kan de paal van de quadrocopter worden gelanceerd? Waar moet deze worden gevangen en - wat nog belangrijker is - wanneer? Wat gebeurt er bij impact? ? "Vertelde Brescianini aan RoboHub. "De grootste uitdaging om het systeem te laten draaien, was het vangen. We probeerden verschillende vangmanoeuvres, maar geen van hen werkte totdat we een leeralgoritme introduceerden, dat de parameters van het vangtraject aanpast om systematische fouten te elimineren."

Om de vangrobot succesvol te positioneren, ontwikkelde het team een ​​snelle baangenerator die de precieze vangstpositie in minder dan 0, 65 seconden kon schatten - de korte tijd die nodig is om de vangrobot compleet te maken. Vroege testen werden belemmerd door botsingen tussen de lucht tussen de paal en de delicate schroeven van de quadrocopter, wat resulteerde in tijdrovende reparaties en herkalibratie tussen experimenten.

"Zoals later bleek, is dit waarschijnlijk de meest uitdagende taak die onze quadrocopters hebben ondergaan, " voegde Hehn toe. "Met aanzienlijk minder dan een seconde om de slingervlucht te meten en het pakkende voertuig op zijn plaats te krijgen, is het de combinatie van wiskundige modellen met realtime-trajectgeneratie, optimale controle en leren van eerdere iteraties die ons in staat stellen om te implementeren deze."

Het is misschien niet de meest praktische toepassing voor vliegende robots, maar we weten niet wat dit soort systemen kan doen, tenzij we ze op de proef stellen.

Bron: Flying Machine Arena via RoboHub

Een quadrocopter-robot brengt een paal in balans terwijl een tweede robot wacht om deze te vangen

Een quadrocopterrobot lanceert een paal in de lucht terwijl een tweede robot in positie komt om het te vangen

Een quadrocopter beweegt perfect in positie en vist de valpaal precies zoals het uitkomt

Quadrocopter-robots balanceren, gooien en vangen een paal bij de Flying Machine Arena van ETH Zürich

Onderzoekers van ETH Zurich 's Institute for Dynamic Systems and Control ontwikkelden wiskundige modellen om precies te voorspellen hoe de robots zouden moeten vliegen om de prestatie te leveren

De quadrocopter-robots waren uitgerust met een plaat van 12 cm / 4, 7 inch waarmee de paal in evenwicht kon worden gebracht