Path Following Control for Safe Flight of Micro Aerial Vehicle under Intermittency in Disturbance and Estimation

Abstract

In this work, we present the velocity field-based path following control of UAV for the safe flight system under intermittency in disturbance and estimation. While the trajectory tracking control requires the vehicle to have desired position, velocity and acceleration at specific time, the path following control aims at just converging to and traversing the desired path. This difference makes the path following control safer than trajectory tracking control under not only intermittent disturbance like wind, but also intermittent estimation such as loop closure of SLAM. For the velocity field generation, we extend the existing work theoretically by separating coefficients, which enables the wider application of the algorithm. We also conduct realistic simulations and real-world experiments in various scenarios to verify the safety and feasibility of our system.

본 논문에서는 간헐적 외란 및 추정 갱신 하에서도 드론의 안전 비행을 수행하기 위한 velocity field 기반 path following 기법을 제시한다. 특정 시간에 특정 상태를 가져야 하는 trajectory tracking 기법과는 달리, path following 기법은 목표 경로에 수렴 및 추종하는 것을 목표로 한다. 이러한 차이는 바람이나 SLAM의 loop closure 같은 간헐적 외란 및 추정 갱신 환경에서, path following 기법이 더욱 안전한 특성을 보이도록 한다. Velocity field 생성에는 기존 알고리즘에서 계수를 분리하는 이론적 확장을 통해 보다 널리 적용 가능한 알고리즘을 제안한다. 또한, 다양한 상황을 가정한 시뮬레이션 및 실험을 통해 본 논문에서 제안하는 시스템의 안전성 및 활용성 검증을 진행하였다.