Document Type : Original Article

Authors

• Shayan Dehkhoda
• Mohammad-Ali Amiri Atashgah

The University of Tehran

Abstract

This paper is dedicated to the optimal path-planning of a quadrotor to deliver the goods in the form of a round-trip mission. At first, quadrotor modeling is performed by the Newton-Euler method and then the problem is formulated as an optimal control effort problem. Then, by discretization of the equations using the direct colocation method, the problem becomes a nonlinear programming system that can be solved by available optimization methods. This discretization helps to make the derivative values in the equations of motion as simple algebraic expressions and the path optimization problem becomes a standard form of nonlinear programming problem (NLP). In this method, instead of obtaining state and control functions, state and control values are obtained at the beginning and endpoints of smaller time intervals. This method is one of the most explicit methods for the numerical solution of differential equations. It should be noted that in this research, safe areas around urban obstacles are considered fixed cylinders. Extensive simulations are evidence of the usefulness of this method, while the vehicle realizes all geometric, dynamic, and kinematic constraints.

Keywords

• Optimal path Planning
• 6DOF Dynamics
• Direct Collocation
• Quadrotor
• Delivery of Goods

Main Subjects

• Flight Mechanics Stability & Contorl

Article Title [Persian]

طراحی مسیر بهینه یک ربات پرنده با لحاظ شدن قیود هندسی موانع بصورت رفت و برگشت

Authors [Persian]

• شایان دهخدا
• محمد علی امیری آتشگاه

دانشگاه تهران

Abstract [Persian]

در این مقاله به طراحی مسیر بهینه‌ی یک ربات پرنده چهارپره به‌منظور تحویل کالا به صورت رفت و برگشت پرداخته می-شود. در ابتدا مدل‌سازی دینامیکی پرنده به کمک رابطه‌ی نیوتون-اویلر صورت گرفته و سپس مسئله به‌صورت حداقل تلاش کنترلی برای بالابردن تداوم پروازی مدل شده است. در گام بعد، با گسسته‌سازی معادلات توسط روش ترتیب مستقیم، مسئله بهینه‌سازی به یک سیستم برنامه‌ریزی غیرخطی تبدیل می‌گردد. این گسسته‌سازی کمک می‌کند تا مقادیر مشتق موجود در معادلات حرکت به‌صورت یک عبارت ساده جبری درآمده و مسئله بهینه‌سازی مسیر به فرم استاندارد مسائل برنامه‌ریزی غیرخطی درآید. در این روش، به‌جای به دست آوردن توابع حالت و کنترل، مقادیر حالت و کنترل در نقاط ابتدا و انتها در بازه‌های زمانی کوچک‌تر به‌دست می‌آیند. روش پیشنهادی، یکی از سریع‌ترین روش‌ها با دقتی قابل قبول برای رسیدن به حل عددی مسائل کنترل بهینه است. لازم به ذکر است که در این پژوهش، موانع شهری به‌صورت استوانه‌هایی ثابت که خود بیانگر محدوده‌های ایمن در اطراف ساختمان‌ها است، منظور می‌گردند. نتایج حاصله با محقق‌شدن محدودیت‌های مورد نظر در قیود هندسی موانع، کنترلی، سینماتیکی و دینامیکی، گواه کارآمدی این روش در این نوع از ماموریت‌ها می‌باشد.

Keywords [Persian]

• طراحی مسیر بهینه
• ترتیب مستقیم
• دینامیک شش درجه آزادی
• ربات پرنده چهارپره
• تحویل کالا