Fusión de Sensores para Navegación Autónoma en Cuatrirrotores (I)

Resumen: Este artículo propone un observador determinístico para fusionar la información de los acelerómetros y de un algoritmo de localización y mapeo simultáneo monocular. La fusión de estos sensores permite observar a la velocidad traslacional y al factor de escala de la posición en el plano Cartesiano. La posición y la velocidad traslacional son fundamentales para lograr que un cuatrirotor navegue sin la ayuda de sensores externos, tales como el sistema de posicionamiento global o sistemas de cámaras infrarrojas. El observador se diseña siguiendo la metodología de Inmersión e Invarianza. Bajo suposiciones estándar se muestra convergencia asintótica local de los errores de observación. Por medio de simulaciones numéricas se evalúa el funcionamiento del observador propuesto.

¿Cómo citar?

A. Gómez-Casasola & H. Rodríguez-Cortés. Fusión de Sensores para Navegación Autónoma en Cuatrirrotores (I). Memorias del Congreso Nacional de Control Automático, pp. 201-206, 2019.

Palabras clave

Control de Sistemas No Lineales, Robótica y Mecatrónica

• Astolfi, A., Karagiannis, D., and Ortega, R. (2007). Nonlinear and adaptive control with applications. Springer Science & Business Media.
• Corona-Sánchez, J.J. and Rodríguez -Cortés, H. (2013). Trajectory tracking control for a rotary wing vehicle powered by four rotors. Journal of Intelligent & Robotic Systems, 70(1), 39–50. doi:10.1007/s10846-012-9760-z. URL https://doi.org/10.1007/s10846-012-9760-z.
• Durrant-Whyte, H. and Bailey, T. (2006). Simultaneous localization and mapping: part i. IEEE Robotics Automation Magazine, 13(2), 99–110. doi: 10.1109/MRA.2006.1638022.
• Esrafilian, O. and Taghirad, H.D. (2016). Autonomous flight and obstacle avoidance of a quadrotor by monocular slam. In 2016 4th International Conference on Robotics and Mechatronics (ICROM), 240–245. doi: 10.1109/ICRoM.2016.7886853.
•  Grabe, V., B¨ulthoff, H.H., and Giordano, P.R. (2012). On-board velocity estimation and closed-loop control of a quadrotor uav based on optical flow. In 2012 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 491–497. IEEE.
• Gupte, S., Paul Infant Teenu Mohandas, and Conrad, J.M. (2012). A survey of quadrotor unmanned aerial vehicles. In 2012 Proceedings of IEEE Southeastcon, 1–6. doi:10.1109/SECon.2012.6196930.
• Khairuddin, A.R., Talib, M.S., and Haron, H. (2015). Review on simultaneous localization and mapping (slam). In 2015 IEEE International Conference on Control System, Computing and Engineering (ICCSCE), 85–90. doi:10.1109/ICCSCE.2015.7482163.
• Leishman, R.C., Macdonald, J.C., Beard, R.W., and McLain, T.W. (2014). Quadrotors and accelerometers: State estimation with an improved dynamic model. IEEE Control Systems Magazine, 34(1), 28–41. doi: 10.1109/MCS.2013.2287362.
• Lv, Q., Ma, J., Wang, G., and Lin, H. (2016). Absolute scale estimation of orb-slam algorithm based on laser ranging. In 2016 35th Chinese Control Conference (CCC), 10279–10283. doi: 10.1109/ChiCC.2016.7554983.
• Mahony, R., Kumar, V., and Corke, P. (2012). Multirotor aerial vehicles: Modeling, estimation, and control of quadrotor. IEEE robotics & automation magazine, 19(3), 20–32.
• Martin, P. and Salaun, E. (2010). The true role of accelerometer feedback in quadrotor control. In 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 1623–1629. doi: 10.1109/ROBOT.2010.5509980.
• Martinez-Carranza, J., Loewen, N., Marquez, F., Garcia, E.O., and Mayol-Cuevas, W. (2015). Towards autonomous flight of micro aerial vehicles using orb-slam. In 2015 Workshop on Research, Education and Development of Unmanned Aerial Systems (RED-UAS), 241–248. doi:10.1109/RED-UAS.2015.7441013.
• Nieto-Hernandez, L., Gomez-Casasola, A.A., and Rodriguez-Cortes, H. (2019). Monocular slam position scale estimation for quadrotor autonomous navigation. In 2019 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), 1359–1364. doi:10.1109/ICUAS.2019.8797951.
• Sepulchre, R., Jankovic, M., and Kokotovic, P. (1997). Constructive Nonlinear Control. Communications and control engineering. Springer-Verlag London.
• Valenti, R.G., Dryanovski, I., Jaramillo, C., Strom, D.P., and Xiao, J. (2014). Autonomous quadrotor flight using onboard rgb-d visual odometry. In 2014 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 5233–5238. doi:10.1109/ICRA.2014.6907628.
• Zhou, Z., Li, Y., Zhang, J., and Rizos, C. (2017). Integrated navigation system for a low-cost quadrotor aerial vehicle in the presence of rotor influences. Journal of Surveying Engineering, 143(1), 05016006. doi: 10.1061/(ASCE)SU.1943-5428.0000194.