طراحي مسير كوادروتورهاي همكار به‌وسيله آرايش رهبر-پيرو بر مبناي كمترين انرژي مصرفي به منظور حمل بار

Cooperative path planning for leader – follower formation of Multi UAV based on the minimum energy consumption for load transportation

امروزه وسايل هوايي بدون سرنشين به دليل هزينه پايين، قدرت مانور بالا، بقاي خوب در هر دو زمينه نظامي و تجاري مورد توجه بسيار قرار گرفته اند. هنگام تعيين يك مأموريت براي چنين سيستمهايي، طراحي مسير، عنصر حياتي كل سيستم است. در ميان وسايل هوايي بدون سرنشين، كوادروتورها از اهميت بيشتري برخوردارند. توانايي هاي اين وسيله در حمل و نقل بار هوايي توجه بسياري از گروههاي تحقيقاتي در سراسر جهان را به خود جلب كرده است. در اين پژوهش طراحي مسير بر مبناي كمترين انرژي مصرفي به منظور حمل بار مورد بررسي قرار گرفته است. هدف از اين پژوهش بررسي تأثير تابع هدف پيشنهادي به منظور طراحي مسير بهينه براي حمل بار بر مبناي كاهش انرژي مصرف شده كوادروتورها مي باشد. نتايج بيانگر كاهش 35/29% ميانگين انرژي مصرفي يك كوادروتور در حالت همكار نسبت به يك كوادروتور در حالت انفرادي بود. همچنين اين موضوع نشانگر افزايش ظرفيت حمل بار در حالت گروهي مي باشد. از سوي ديگر آرايش رهبر پيرو مورد نظر نيز با توجه به روابط تعريف شده ايجاد، و تا انتهاي مسير حفظ شده است. نتايج شبيه سازي قدرت روش و توانايي آن براي حل مسائل پيچيده نظير طراحي مسير حركت كوادروتورهاي همكار به منظور حمل بار را نشان مي دهد.

Today, unmanned aerial vehicles are highly considered for both military and commercial fields due to low cost, high maneuverability, and good survival. One of the most important design challenges of multi-unmanned aerial vehicle systems is mission planning. In the broad class of unmanned aerial vehicles, Quadrotor is an important member. The capabilities of this vehicle in load transportation has attracted the attention of many research groups around the world. In this paper, path planning based on the minimum energy consumption is studied for load transportation. The purpose of the present study is to investigate the effect of proposed cost function in order to obtain optimal path for transporting loads based on reducing the energy consumption of quadrotors. The results indicate the 35.29% energy consumption of multi unmanned aerial vehicle compared to the energy consumption of an individual quadrotor. This also leads to an increase in load carrying capacity. On the other hand, the leader- follower formation is preserved until the end of the path based on the defined relationships. The simulation results illustrate the power and efficiency of the method to overcome the high nonlinearity nature of the problem such as path optimization of multi-rotor helicopters.