For tracking and motion capture (MoCap) of animals in their natural habitat, a formation of safe and silent aerial platforms, such as airships with on-board cameras, is well suited. In our prior work we derived formation properties for optimal MoCap, which include maintaining constant angular separation between observers w.r.t. the subject, threshold distance to it and keeping it centered in the camera view. Unlike multi-rotors, airships have non-holonomic constrains and are affected by ambient wind. Their orientation and flight direction are also tightly coupled. Therefore a control scheme for multicopters that assumes independence of motion direction and orientation is not applicable. In this paper, we address this problem by first exploiting a periodic relationship between the airspeed of an airship and its distance to the subject. We use it to derive analytical and numeric solutions that satisfy the formation properties for optimal MoCap. Based on this, we developed an MPC-based formation controller. We performed theoretical analysis of our solution, boundary conditions of its applicability, extensive simulation experiments and a real world demonstration of our control method with an unmanned airship. Open source code https://tinyurl.com/ku9wxfpu and video of our method is provided https://tinyurl.com/yncez2cy.


翻译:为了追踪和捕捉自然栖息的动物(MoCap),非常适合形成安全和静默的空中平台,例如机上装有照相机的飞机,因此,在我们先前的工作中,我们为最佳MoCap产生形成特性,包括观察员之间保持恒定的角隔,目标距离,将它保持在摄像中。与多色人不同,飞船有非光谱的制约,并受到周围风的影响。它们的方向和飞行方向也是紧密结合的。因此,对具有运动方向和方向独立性的多机船来说,一个控制办法不适用。在本文件中,我们首先利用飞船空中速度及其距离之间的定期关系来解决这个问题。我们利用它来得出能够满足最佳Mocap形成特性的分析和数字解决办法。在此基础上,我们开发了一个基于MPC的编组控制器。我们对其解决办法、其适用性的边界条件、广泛的模拟试验以及我们控制方法与无人驾驶航空船之间的真实世界演示。

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