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A vision-based autopilot for a miniature hovercraft.
A vision-based autopilot for a miniature air vehicle: Joint speed control and lateral obstacle avoidance
Article (PDF Available) in Autonomous Robots 25(1):103-122 · August 2008 with 275 Reads
DOI: 10.1007/s10514-007-9069-0 · Source: DBLP
Cite this publication
Julien Serres
22.34Aix-Marseille Université
D. Dray
Franck Ruffier
29.19Aix-Marseille Université CNRS
Nicolas Henri Franceschini
33.6Institute of Movement Science (Aix-Marseille University and CNRS)
Abstract
In our project on the autonomous guidance of Micro-Air Vehicles (MAVs) in confined indoor and outdoor environments, we have developed a vision based autopilot, with which a miniature hovercraft travels along a corridor by automatically controlling both its speed and its clearance from the walls. A hovercraft is an air vehicle endowed with natural roll and pitch stabilization characteristics, in which planar flight control systems can be developed conveniently. Our hovercraft is fully actuated by two rear and two lateral thrusters. It travels at a constant altitude (∼2 mm) and senses the environment by means of two lateral eyes that measure the right and left optic flows (OFs). The visuo-motor control system, which is called LORA III (Lateral Optic flow Regulation Autopilot, Mark III), is a dual OF regulator consisting of two intertwined feedback loops, each of which has its own OF set-point and controls the vehicle’s translation in one degree of freedom (surge or sway). Our computer-simulated experiments show that the hovercraft can navigate along a straight or tapered corridor at a relatively high speed (up to 1 m/s). It also reacts to any major step perturbations in the lateral OF (provided by a moving wall) and to any disturbances caused by a tapered corridor. The minimalistic visual system (comprised of only 4 pixels) suffices for the hovercraft to be able to control both its clearance from the walls and its forward speed jointly, without ever measuring speed and distance. The non-emissive visual sensors and the simple control system developed here are suitable for use on MAVs with a permissible avionic payload of only a few grams. This study also accounts quantitatively for previous ethological findings on honeybees flying freely in a straight or tapered corridor.
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Abstract The contribution of this project is the synthesis of a linear controller and non-linear for a hovercraft (ACV). The latter has a symmetric and a rigid structure. A mathematical modeling of the dynamics of the translation and rotation of this robot has been carried out; our system is 3 degrees of freedom with two independent variables: x, y that defines the position and a third variable that describes the orientation. The linear and non-linear controllers are of type: PID and backstepping based on the theory of Lyapunov as well as the Fuzzy logic. The potential field method was used to plan the trajectory of the ACV while avoiding the obstacles; the developed controllers were applied on the generated trajectory
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