17
1 Feasibility of Motion Primitives for Choreographed Quadrocopter Flight Angela Schoellig, Markus Hehn, Sergei Lupashin and Raffaello D‘Andrea Institute for Dynamic Systems and Control ETH Zürich, Switzerland American Control Conference 2011 San Francisco – Jul 1, 2011

Feasibility of Motion Primitives for Choreographed ... · 1 Feasibility of Motion Primitives for Choreographed Quadrocopter Flight Angela Schoellig, Markus Hehn, Sergei Lupashin and

  • Upload
    trantu

  • View
    222

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

1

Feasibility of Motion Primitives for Choreographed Quadrocopter Flight

Angela Schoellig, Markus Hehn, Sergei Lupashin and Raffaello D‘AndreaInstitute for Dynamic Systems and ControlETH Zürich, Switzerland

American Control Conference 2011San Francisco – Jul 1, 2011

2

LET‘S DANCE

Angela Schoellig ‐ ETH Zurich

3

... DANCE IN THE AIR

Angela Schoellig ‐ ETH Zurich

VISION Dance performance of  multiple aerial robots  

4Angela Schoellig ‐ ETH Zurich

Type:  QuadrocopterSize:  Ø 3 feetWeight: 1 poundFlight time: 15 minutes

Name: Flying Machine ArenaSize: 33 x 33 x 33 feetProtection: Nets, Padded floor

ACTORS STAGE

5

• cameras provide position and attitude• off‐board computer run controller• communication via radio module 

TESTBED

Angela Schoellig ‐ ETH Zurich

Autonomous flight.

6

VIDEO: https://youtu.be/DrHlgxf0oQw?list=PLD6AAACCBFFE64AC5

Angela Schoellig ‐ ETH Zurich

7

… use controls and system dynamics. 

OBJECTIVE & FOCUS

GOAL An intuitive interface for creating meaningful and feasible quadrocopter choreography.

MOTION DESIGN FEASIBILITY CONTROL SYNCHRONIZATION

Parameterizedmotion primitives.

Based on model.

PREPROGRAMMED. DONE AHEAD OF TIME.

Angela Schoellig ‐ ETH Zurich

FOCUS

ICRA 2010 & IROS 2010]

[Schoellig, Augugliaro and D'Andrea,

8

MOTION DESIGN – idea

Angela Schoellig ‐ ETH Zurich

Specify motion through position and yaw (4DOF):

Introduce parametrized motion primitives:

CHOREOGRAPHY – concatenation of basic motion elements

MOTION PRIMITIVE A MOTION PRIMITIVE B MOTION PRIMITIVE D

DESIGN PARADIGM.   space – time – energy – structure

9

Periodic  motion primitive.

MOTION DESIGN – example

Angela Schoellig ‐ ETH Zurich

includes• side‐to‐side motions• circles• spirals• ....

DESIGN PARADIGM.   space – time – energy – structure

10

Periodic  motion primitive.

MOTION DESIGN – example

Angela Schoellig ‐ ETH Zurich

includes• side‐to‐side motions• circles• spirals• ....

DESIGN PARADIGM.   space – time – energy – structure

11

MOTION FEASIBILITY – model/constraints

Angela Schoellig ‐ ETH Zurich

First principles model.

Constraints.(1) Collective thrust (input)

(2) Single motor thrust

INPUTS  send to vehicle

12

CHECK 1: Collective thrust limits.

CHECK 2: Single motor thrust limits.(1) Desired attitude

(2) Rotational rates

(3) Single motor thrusts 

MOTION FEASIBILITY – checkMOTION DESIGN

COLLECTIVE THRUST LIMIT ?

MOTION DESIGN

COLLECTIVE THRUST LIMIT ?

VEHICLE DYNAMICS

13

MOTION FEASIBILITY – example

Angela Schoellig ‐ ETH Zurich

Side‐to‐side motion.

Violates collective thrust limit (CHECK 1)

Violates single motor  thrust limit (CHECK 2)

EXPERIMENTAL RESULTS: motor commands saturated 1% of the time.

Feasibility.

14

CURRENT STATUS

Angela Schoellig ‐ ETH Zurich

Work with Federico Augugliaro

15

• choreographies based on motion primitives that are adjustable in their parameters

• check feasibility ahead of time based on first principles models

SUMMARY

Angela Schoellig ‐ ETH Zurich

MOTION DESIGN FEASIBILITY CONTROL SYNCHRONIZATION

Parameterizedmotion primitives.

Based on model.

... One step towards creating choreography in a simple and intuitive way.

16

LET‘S DANCE video https://youtu.be/7r281vgfotg?list=PLD6AAACCBFFE64AC5

Angela Schoellig ‐ ETH Zurich

17

Feasiblity of Motion Primitives for Choreographed Quadrocopter Flight

Angela Schoellig, Markus Hehn, Sergei Lupashin and Raffaello D‘AndreaInstitute for Dynamic Systems and ControlETH Zürich, Switzerland

American Control Conference 2011San Francisco – Jul 1, 2011