Controllo di traiettoria e formazione per un sistema multi-UAV con carico sospeso

Abstract

Il lavoro proposto in questa tesi tratta un sistema di tre UAV (Unmanned Aerial Vehicle) che attraverso l'utilizzo di corde flessibili trasportano un carico. L'obiettivo è quello di creare degli algoritmi per fare in modo che la formazione dei tre quadricotteri sia sempre nella miglior posizione possibile per poter riorganizzare la sua geometria in caso di sgancio di uno di essi. In questo caso si garantisce il completamento della missione con i rimanenti agenti.

Per permettere ciò sono stati creati un algoritmo per generare ed inseguire una traiettoria, ed un altro per mantenere la squadra nella posizione appena descritta.

Solitamente i percorsi degli UAV sono definiti attraverso l'uso di waypoint, e sono quindi percorsi costituiti da tanti segmenti. In questo modo le curve sono dei punti angolosi e risultano di conseguenza complicate da affrontare senza provocare oscillazioni sul carico. L'algoritmo riguardante la traiettoria permette di creare percorsi curvilinei e di inseguirli a velocità costante minimizzando così le oscillazioni.

Il lavoro è stato svolto attraverso l'uso dei tool più conosciuti nell'ambito della programmazione robotica, come per esempio ROS2, e la fase di sperimentazione è stata svolta con un noto programma di simulazione chiamato Gazebo.

The work proposed in this thesis deals with a system of three UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) that transport a payload using flexible ropes. The objective is to create algorithms to ensure that the formation of the three quadcopters is always in the best possible position to reorganize its geometry in case one of them is released. In this case, the mission is guaranteed to be completed with the remaining agents.

To achieve this, an algorithm was created to generate and follow a trajectory, and another to maintain the team in the position described above.

Typically, UAV paths are defined using waypoints, and thus consist of many segments. In this way, the curves are angular points and consequently difficult to handle without causing oscillations on the payload. The trajectory algorithm allows the creation of curvilinear paths and following them at a constant speed, thereby minimizing oscillations.

The work was carried out using the most well-known tools in the field of robotic programming, such as ROS2, and the experimentation phase was conducted with a well-known simulation program called Gazebo.