일반적으로 다른 방법은 궤적 계획 알고리즘에서 시스템 역학을 단순화하거나 두 가지 다른 모델(헬리콥터 모드용과 비행기 모드용)을 사용합니다. 어떤 접근 방식도 MIT 팀이 시연한 것과 같은 공격적인 경로를 계획하고 구현할 수 없습니다.
“우리는 시스템이 가진 모든 힘을 정말로 활용하고 싶었습니다. 이 항공기는 매우 작지만 매우 강력하고 흥미진진한 곡예 기동을 수행할 수 있습니다. 우리의 접근 방식으로 단일 모델을 사용하면 전체 비행을 커버할 수 있습니다. 엔벨로프 – 차량이 날아갈 수 있는 모든 조건입니다. 작품을 설명하는 새로운 종이.
Tal과 그의 공동 작업자는 궤적 생성 및 제어 알고리즘을 사용하여 참가자가 루프, 스핀 및 클라이밍 턴과 같은 복잡한 동작을 수행하는 것을 보여주고 세 명의 참가자가 에어 게이트를 통과하고 동시에 여러 곡예 동작을 수행하는 드론 레이스를 시연했습니다.
연구원의 허가를 받아
이러한 알고리즘을 통해 추적자는 생존자를 신속하게 검색하면서 무너진 건물로 날아가 장애물을 피하는 등 역동적인 환경에서 복잡한 움직임을 자율적으로 수행할 수 있습니다.
Tal은 전기공학 및 컴퓨터과학과(EECS) 대학원생인 려길현이 논문에 합류했습니다. 수석 저자 Sirtak Karaman, 항공 및 우주학과 부교수이자 LIDS 이사. 찾다 IEEE Transactions on Robotics에 등장.
테일 트랙 처리
Nikolai Tesla는 1928년에 베이비시터 디자인을 발명했지만 특허를 출원한 지 거의 20년이 지나서야 누군가 진지하게 베이비시터를 만들려고 시도했습니다. 오늘날에도 뒷좌석에 앉는 것이 복잡하기 때문에 연구 및 상업용 애플리케이션은 쿼드콥터 드론과 같이 제어하기 쉬운 항공기에 집중하는 경향이 있습니다.
뒷좌석 승객을 위한 이미 존재하는 궤적 생성 및 제어 알고리즘은 이러한 비행기가 할 수 있는 빠르고 곡예적인 기동보다는 부드러운 궤적과 느린 전환에 주로 초점을 맞춥니다.
이러한 까다로운 비행 조건에서 Tal과 그의 협력자들은 이러한 고유한 항공기가 최고의 성능에 도달할 수 있도록 빠르게 변화하는 가속으로 민첩한 궤적을 위해 특별히 궤적 계획 및 제어 알고리즘을 맞춤화해야 한다는 것을 깨달았습니다.
이를 위해 전방 수직이륙부터 측면비행까지 모든 비행조건에 적용되는 전역역학모델(global dynamic model)을 사용했다. 다음으로 그들은 이 모델이 효율적으로 수행되도록 보장하기 위해 차동 평탄도라는 기술을 활용했습니다.
궤적 생성 프로세스에서 핵심 단계는 항공기가 실제로 계획된 궤적을 비행할 수 있는지 확인하는 것입니다. 특히 예각을 불가능하게 만드는 최소 선회 반경이 있을 수 있습니다. 뒷좌석 장치는 플랩과 로터를 포함하는 복잡한 시스템이고 복잡한 공기 움직임을 나타내기 때문에 궤도가 실현 가능한지 여부를 결정하기 위해 종종 많은 계산이 필요하며 이는 기존의 계획 알고리즘을 방해합니다.
미분 평탄화를 사용함으로써 MIT 연구원들은 수학 함수를 사용하여 경로가 가능한지 신속하게 확인할 수 있습니다. 그들의 접근 방식은 많은 복잡한 시스템 역학을 피하고 공간을 통해 수학적 곡선으로 뒤로 경로를 그립니다. 그런 다음 알고리즘은 차동 평탄화를 사용하여 이 경로의 실행 가능성을 신속하게 확인합니다.
Tal은 “이 스캔은 계산적으로 매우 저렴하기 때문에 우리 알고리즘을 사용하여 실제로 경로를 실시간으로 계획할 수 있습니다.”라고 설명합니다.
이러한 궤적은 매우 복잡할 수 있으며, 연구원들이 이러한 다양한 비행 조건을 모두 고려하는 방식으로 알고리즘을 설계했기 때문에 측면 및 반전 기동을 통합하면서 수직 및 수평 비행 사이를 빠르게 전환합니다.
“많은 연구팀이 거의 모든 소비자용 드론에 매우 일반적인 구성인 쿼드콥터에 집중했습니다. 반면에 뒤쪽에 앉는 드론은 전방 비행에 더 효율적입니다. Karaman은 “그러나 우리가 개발한 자율 기술은 갑자기 소비자 기술에서 대규모 산업 검사에 이르기까지 많은 응용 분야에서 사용할 수 있게 되었습니다.”라고 말했습니다.
후면 조감도
그들은 MIT의 실내 비행 공간에서 승객을 위한 여러 가지 도전적인 경로를 계획하고 실행함으로써 그들의 방법을 테스트했습니다. 한 테스트에서 그들은 기체가 왼쪽으로 선회한 다음 빠르게 가속하여 오른쪽으로 돌아오는 상승 선회를 실행하는 테일시터를 보여주었습니다.
뒷좌석 승객을 위해 3명의 동조 승객이 루프와 급회전을 하고 에어본 게이트를 순조롭게 통과하는 ‘에어쇼’도 진행했다. Tal은 차등 결제 모델을 사용하지 않고는 이러한 기동을 실시간으로 계획하는 것이 불가능할 것이라고 말합니다.
“차동 평탄화는 기계 진자와 같은 기본 기계 시스템의 부드러운 궤적을 생성하기 위해 개발 및 적용되었습니다. 이제 30년 이상이 지난 지금 고정익 항공기에 적용했습니다. 우리가 가질 수 있는 다른 많은 응용 프로그램이 있을 수 있습니다. “라고 Ryo는 덧붙입니다. 앞으로 “.
MIT 연구원의 다음 단계는 알고리즘을 확장하여 바람 및 기타 환경 조건이 고정익 항공기의 역학에 큰 영향을 미칠 수 있는 야외 완전 자율 비행에 효과적으로 사용할 수 있도록 하는 것입니다.
이 작업은 부분적으로 미 육군 연구실에서 지원되었습니다.
“트위터를 통해 다양한 주제에 대한 생각을 나누는 아 동율은 정신적으로 깊이 있습니다. 그는 맥주를 사랑하지만, 때로는 그의 무관심함이 돋보입니다. 그러나 그의 음악에 대한 열정은 누구보다도 진실합니다.”