طراحی مسیر بهینه کوادروتور برمبنای کمینه گشتاور

طراحی بهینه مسیر حرکت ربات های پرنده با توانایی بالقوه در نقش هبرداری و عملیات تجسس منجر به بهبود در عملکرد آ نها می‌شود. از این رو هدف از این مقاله، طراحی مسیر بهینه یک ربات کوادروتور بر مبنای حداقل سازی گشتاور موتورها در حرکت نقطه به نقطه می‌باشد. ابتدا معادلات دینامیکی حرکت کوادروتور با استفاده از روش نیوتن به فرم فضای حالت استخراج می‌شوند. سپس بهینه سازی مسیر حرکت براساس حل غیرمستقیم مساله کنترل بهینه ارائه می‌شود. بدین منظور با استفاده از اصل مینیمم پونتریاگن و استخراج تابع همیلتون؛ شرایط لازم بهینگی با توجه به محدودیت گشتاور اعمالی موتورها به دست می‌آید. معادلات به دست آمده یک مساله مقدار مرزی را تشکیل می‌دهند که با حل این معادلات می‌توان به جواب بهینه دست یافت.  در نهایت به منظور بررسی کارایی روش پیشنهادی، شبیه سازی عددی برای یک کوادروتور انجام می‌شود و مسیر بهینه بر اساس تابع هدف کمینه گشتاور برای آن طراحی می‌گردد. نتایج شبیه سازی قدرت روش و توانایی آن برای حل مسائل پیچیده نظیر طراحی مسیر حرکت کوادروتورها را نشان می‌دهد.

Optimal Trajectory Planning of a Quadrotor Based on Minimum Effort

The optimal design of path planning for unmanned aerial vehicles with many potential applications ranging from mapping to supporting rescue operations will improve their performance. Hence, the aim of this paper is to determine the optimal trajectory of quadrotor robot based on minimizing engine torque in pointtopoint motion. First, the dynamic equations of quadrotor motion are derived in state space form by using Newton’s method. In this investigation, the computational method to solve the trajectory planning problem is based on the indirect solution of openloop optimal control problem. The Pontryagin’s minimum principle (PMP) is used to obtain the optimality conditions, which is lead to a standard form of a twopoint boundary value problem. Finally, to evaluate the efficacy of the proposed method, numerical simulation is performed for a quadrotor and the optimal trajectory is designed based on minimize torque. The results illustrate the power and efficiency of the method to overcome the high nonlinearity nature of the problem such as path optimization of multirotor helicopters (tri, quad, hexa, octa, etc.).