완전 자율 비행 중 수직 표면에서의 착륙 및 이륙을 위한 전방향 틸트로터와 스위칭 제어기

Conceptos Básicos

본 연구는 수직 강자성 표면에서 자율적으로 착륙 및 이륙이 가능한 새로운 비행 로봇을 제안한다. 이를 위해 전방향 틸트로터 플랫폼과 자석 기반의 착륙/이륙 메커니즘, 그리고 로터 포화와 이륙 후 과도응답을 방지하는 스위칭 제어기를 개발하였다.

Resumen

본 연구는 비행 중 자율 착륙 및 이륙이 가능한 새로운 비행 로봇을 제안한다. 주요 내용은 다음과 같다:

전방향 틸트로터 플랫폼 개발: 기존 멀티로터와 달리 90도 피치각 호버링이 가능한 경량 (약 1kg) 전방향 틸트로터를 개발하였다. 이를 통해 수직 표면에서의 안정적인 착륙 및 이륙이 가능하다.

자석 기반 착륙/이륙 메커니즘 설계: 단일 서보모터와 자석으로 구성된 착륙/이륙 모듈을 개발하였다. 자석의 접착력을 효과적으로 활용하여 수직 표면에 안정적으로 부착할 수 있으며, 서보모터를 이용해 이륙 시 탈착이 가능하다.

스위칭 제어기 제안: 착륙 시 로터 포화와 이륙 후 과도응답을 방지하기 위해 자유비행, 착륙, 그리고 이들 간 전이 모드로 구성된 스위칭 제어기를 제안하였다. 전이 모드에서는 추정기를 동결하고 공칭 제어기만 동작시켜 안정성을 확보하였다.

착륙/이륙 전략 수립: 착륙 시 접촉면 내부에, 이륙 시 접촉면에서 벗어나도록 목표 자세를 설정하여 충돌을 방지하는 전략을 제안하였다.

실험을 통해 제안한 비행 로봇과 제어기가 수직 표면에서 자율적으로 안정적인 착륙 및 이륙을 수행할 수 있음을 검증하였다.

Estadísticas

제안된 틸트로터의 무게는 약 1.65kg이다.
착륙/이륙 메커니즘의 무게는 약 250g이다.
착륙 시 접촉력 추정치 λc가 임계값 λf2p를 초과하면 착륙 모드로 전환된다.
이륙 시 접촉력 추정치 λc가 임계값 λp2f 미만으로 감소하면 자유비행 모드로 전환된다.

Citas

"본 연구는 수직 강자성 표면에서 자율적으로 착륙 및 이륙이 가능한 새로운 비행 로봇을 제안한다."
"제안된 틸트로터와 착륙/이륙 메커니즘, 스위칭 제어기를 통해 실험에서 안정적인 착륙 및 이륙 수행을 검증하였다."

Ideas clave extraídas de

Autonomous aerial perching and unperching using omnidirectional tiltrotor and switching controller

by Dongjae Lee,... a las arxiv.org 04-18-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.11310.pdf

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