Quadrotor controller for cooperative interaction with juggler

Abstract

O presente texto apresenta a evolução do trabalho cujo objetivo final é a criação de um malabar autônomo, para tal será utilizado um drone que possui uma estrutura de fibra de carbono. O texto não só detalha o estado atual projeto, mas também descreve o futuro do mesmo, descrevendo os próximos passos a serem seguidos. No primeiro capítulo, começamos contextualizamos a interação de humanos com drones citando como exemplo o filme SPARKED. Apresentamos a contribuição do nosso objetivo principal que é uma apresentação de fato interativa e não uma coreografia pré-configurada. Além disso, neste capítulo, apresentamos um objetivo mais modesto para ser a primeira grande meta do projeto: Simular malabares entre duas pessoas substituindo a segunda pessoa pelo planejamento de trajetória do drone, ou seja, após a primeira pessoa lançar o drone, o mesmo irá planejar sua trajetória de modo que simule o lançamento da segunda pessoa. No segundo capítulo descreveremos o drone escolhido, Crazyflie. Descreveremos brevemente suas características, como a linguagem de programação usada no firmware e o rádio usado para a comunicação do drone com client software. Também apresentamos os possíveis sensores que podem ser usados. Descreverem os a estrutura que será usada para permitir que a pessoa possa manipular o Crazyflie, ou seja, vamos apresentar o formato escolhido, os materiais e o método de fabricação escolhido para fazer a estrutura em forma. No final do segundo capítulo, descreveremos que devido a adição da nova estrutura o controlador com parâmetros de fábrica já não é o suficiente para que o drone decole, portanto devemos reajustar os seus parâmetros. No terceiro capítulo, apresentaremos de forma sucinta o que é um controlador. Descreveremos o controlador PID e o PID em cascata implementado no firmware Crazyflie. Em seguida, discutiremos sobre as coordenadas de referência usadas pelo drone e apresentaremos a implementação do controle do mesmo. Abordaremos então os requisitos de escolha e os possíveis método de calibração de controlador, e em seguida explicaremos o método escolhido para o nosso trabalho, E-FRIT. Finalizando o capítulo, apresentaremos alguns detalhes relevantes para a implementação do E-FRIT. No quarto capítulo apresentaremos nossa metodologia. Como abordamos o fato de que o E-FRIT é válido apenas para sistemas SISO enquanto o drone é do tipo MIMO. Também apresentaremos nossa bancada de testes e em seguida, mostramos que não é necessário ajustar os parâmetros do controlador de velocidade angular e que o controlador de posição angular se tornou um sistema oscilante na bancada de testes. Mostramos nossa escolha de função de transferência desejada e como a encontramos. Como não é possível usar o E-FRIT x em sistemas instáveis, tivemos que trocar os valores originais do controlador de posição angular para que o mesmo se torne ao menos estável. Com os dados, aplicamos o algoritmo E-FRIT, mostramos nossos resultados, discutimos o quão bem o controlador regulado responde e como ele permite que o drone voe com a nova estrutura. Finalmente, no último capítulo, discutiremos esses resultados e os compararemos com nosso objetivo inicial. Além disso, apresentaremos algumas sugestões para trabalhos futuros.