Coordination and Control of Ground-Aerial Robotic Systems

地空机器人系统的协调与控制

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2017-04346
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.7万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2018-01-01 至 2019-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The objective of this research program is to develop control and localization technology for cooperative operation of a heterogeneous multi-robotic system containing both unmanned ground vehicles (UAV) and micro-aerial vehicles (MAV). Recently many industries have begun to explore alternative possibilities of monitoring the environment and critical infrastructures at close distances. The MAVs can navigate through areas that are inaccessible for humans and have the ability to provide 3D perspective of the environment. The payload constraints prohibit MAVs to be deployed autonomously for longer durations covering a wider area and also introduce physical limitations to carry advance sensor suits and powerful computers for accurate positioning. There are two major issues to be resolved. First is that drones are typically deployed in constrained areas and in most cases where GPS is not accessible. The poor localization available with on-board sensors of an MAV is not sufficient for accurate positioning in these settings. The second issue is that the sensors have short range of measurements which makes them difficult to be deployed covering a wider area. Most trajectory control systems rely on feedback obtained from external tracking systems; as a result these controllers are invalid for operations outside the sensing volume. On the other hand, UGVs are available with higher endurance for longer operations, faster processing, long range sensing, and highly accurate localization information. Therefore, exploration missions are progressively moving towards multi-agent implementations to harness their complementary capabilities. In this collaborative approach, the MAVs can be guided using relative measurements taken by the ground robots and the computationally demanding tasks can be delegated to the powerful UGVs. Therefore, this research focuses on developing aided navigation and control systems for MAVs using UGVs. In the short term this program attempts to address several research themes in the following key areas; (a) trajectory tracking control of MAVs using inter-robot sensing, (b) MAV relative localization using cubature Kalman filtering approaches, (c) hybrid control using fuzzy discrete event system and model predictive control and (d) multi-robotic distributed control and exploration. This proposal expects to provide four doctoral level and two Masters level HQP training . Many aerospace and ocean industries in Canada are now attempting to use autonomous vehicles for many sub-sea and arctic exploration missions. The localization and control problems addressed in this proposal are highly applicable for such applications. Therefore, the project will produce HQP training and high impact research relevant across many industrial sectors in Canada.
该研究计划的目标是开发包含无人驾驶地面车辆(UAV)和微型飞行器(MAV)的异构多机器人系统协作操作的控制和定位技术。最近,许多行业已经开始探索近距离监测环境和关键基础设施的替代可能性。 MAV 可以导航穿过人类无法到达的区域,并且能够提供环境的 3D 视角。有效载荷限制使得微型飞行器无法长时间自主部署,覆盖更广泛的区域,并且还引入了物理限制,无法携带先进的传感器套件和强大的计算机来进行精确定位。有两个主要问题需要解决。首先,无人机通常部署在受限区域,并且在大多数情况下无法访问 GPS。 MAV 机载传感器的定位能力较差,不足以在这些环境中进行准确定位。第二个问题是传感器的测量范围短,这使得它们难以部署到更广泛的区域。 大多数轨迹控制系统依赖于从外部跟踪系统获得的反馈;因此,这些控制器对于感应体积之外的操作无效。另一方面,UGV 具有更高的耐用性,可实现更长的操作、更快的处理、远距离传感和高精度的定位信息。因此,探索任务正逐步转向多智能体实施,以利用它们的互补能力。在这种协作方法中,可以使用地面机器人进行的相对测量来引导 MAV,并且可以将计算要求较高的任务委托给功能强大的 UGV。因此,本研究的重点是开发使用 UGV 的 MAV 辅助导航和控制系统。 在短期内,该计划试图解决以下关键领域的几个研究主题; (a) 使用机器人间传感的 MAV 轨迹跟踪控制,(b) 使用体积卡尔曼滤波方法的 MAV 相对定位,(c) 使用模糊离散事件系统和模型预测控制的混合控制,以及 (d) 多机器人分布式控制和勘探。 该提案预计提供四名博士级别和两名硕士级别的HQP培训。加拿大的许多航空航天和海洋工业现在正在尝试使用自动驾驶车辆执行许多海底和北极探索任务。 该提案中解决的定位和控制问题非常适用于此类应用。因此,该项目将开展与加拿大许多工业部门相关的 HQP 培训和高影响力研究。

项目成果

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专著数量(0)
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    Zhu, Xuemei;Yu, Chia;Lee, Chanam;Lu, Zhipeng;Mann, George
  • 通讯作者:
    Mann, George

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