Flying robots such as the quadrotor could provide an efficient approach for medical treatment or sensor placing of wild animals. In these applications, continuously targeting the moving animal is a crucial requirement. Due to the underactuated characteristics of the quadrotor and the coupled kinematics with the animal, nonlinear optimal tracking approaches, other than smooth feedback control, are required. However, with severe nonlinearities, it would be time-consuming to evaluate control inputs, and real-time tracking may not be achieved with generic optimizers onboard. To tackle this problem, a novel efficient egocentric regulation approach with high computational efficiency is proposed in this paper. Specifically, it directly formulates the optimal tracking problem in an egocentric manner regarding the quadrotor's body coordinates. Meanwhile, the nonlinearities of the system are peeled off through a mapping of the feedback states as well as control inputs, between the inertial and body coordinates. In this way, the proposed efficient egocentric regulator only requires solving a quadratic performance objective with linear constraints and then generate control inputs analytically. Comparative simulations and mimic biological experiment are carried out to verify the effectiveness and computational efficiency. Results demonstrate that the proposed control approach presents the highest and stablest computational efficiency than generic optimizers on different platforms. Particularly, on a commonly utilized onboard computer, our method can compute the control action in approximately 0.3 ms, which is on the order of 350 times faster than that of generic nonlinear optimizers, establishing a control frequency around 3000 Hz.


翻译:象 Quadror 这样的飞行机器人可以提供一种高效的方法来治疗或感应安置野生动物。 在这些应用中, 持续瞄准移动动物是一项关键要求。 由于 Quadrtor 作用不足的特性, 并且需要与动物同时运动, 需要非线性的最佳跟踪方法, 而不是平滑的反馈控制。 但是, 由于严重非线性, 评估控制投入是耗时的, 实时跟踪可能无法在船上使用通用优化器。 为了解决这个问题, 本文中提出了一种新型高效的自我中心监管方法, 其计算效率很高。 具体地说, 它直接以以以自我中心的方式设计关于 quadror 身体坐标的最佳频率跟踪问题。 同时, 系统的非线性最佳跟踪方法, 除了光滑的反馈状态以及控制输入之外, 在惯性控制器和体坐标坐标之间, 拟议的自我中心调节器只需要解决带有线性约束的二次曲线性性表现目标, 然后再产生控制输入分析。 比较性模拟和模拟性生物实验以自我中心为最佳的频率 。 在 30 的计算 标准计算方法上,, 最慢的计算, 最 最 最 最 最, 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 的 的 的 最 的 的 的 的 最 的 的 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最 最

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