دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 15 5 2015 07 23 Three-Dimensional Constrained Optimal Motion Planning for a Six-Degree-of-Freedom Quadrotor Helicopter for Urban Traffic Purposes طراحی سه بعدی مسیر بهینه‌ی پروازی مقید برای یک ربات پرنده‌ی چهارپره شش درجه آزادی جهت کاربردهای ترافیک شهری 13 24 8611 FA ابوالفضل لوایی یانسی کارشناس ارشد، مهندسی هوافضا، دانشگاه تهران، تهران محمدعلی امیری آتشگاه استادیار دانشگاه تهران - دانشکده علوم و فنون نوین Journal Article Traffic issue is an international challenge in the sophisticated countries in which over population is considered as an important factor in creating this problem. Studies show that the accidents’ report during the minimum time is the best way to control the traffics. For this purpose, this paper has been done in such a way that after modeling the flying robot using Newton-Euler equations, a three-dimensional constrained optimal trajectory has been generated through Direct Collocation Approach. In other words, the proposed problem in this paper is first formulated as an optimal control problem. Afterwards, the optimal control problem is discretized through Direct Collocation Technique, which is one of the numerical solving methods of the optimal control problems, and it is transformed into a Nonlinear Programing Problem (NLP). Eventually, the aforementioned nonlinear programming problem is solved via SNOPT which works based on the gradient algorithm like SQP. It should be noted that since the main objective of motion planning in this paper is controlling the urban traffic, the urban constrains are utilized during the trajectory optimization. In other words, all of the high-rise buildings located during the course are modeled by the various cylinders. The efficacy of the aforementioned method is demonstrated by extensive simulations, and in particular it is verified that this method is capable of producing a suitable solution for three-dimensional constrained optimal motion planning for a six-degree-of-freedom quadrotor helicopter for urban traffic purposes. ترافیک، یک واژه‌ی شناخته شده‌ی بین المللی است که یکی از مهمترین عوامل ایجاد آن در کشورهای توسعه یافته افزایش جمعیت می‌باشد. بررسی‌ها نشان می‌دهد که بهترین راه کنترل ترافیک و به مفهوم دیگر به حداقل رساندن ضرر و زیان ناشی از آن، استفاده از عواملی است که گزارشات ترافیک را در بهینه ترین زمان ممکن انجام دهد. لذا در این پژوهش به منظور کنترل ترافیک، پس از مدل‌سازی ربات پرنده‌ی چهارپره توسط رابطه‌ی نیوتن- اویلر، یک مسیر سه بعدی بهینه‌ی مقید با استفاده از تکنیک ترتیب مستقیم طراحی شده است. به عبارت دیگر، ابتدا مسئله‌ی مطرح شده در این پژوهش به عنوان یک مسئلۀ کنترل بهینه فرموله شده است و سپس مسئله‌ی کنترل بهینه با استفاده از رویکرد ترتیب مستقیم که یکی از روشهای حل عددی مسائل کنترل بهینه است، کاملا گسسته شده و به یک مسئلۀ برنامه ریزی غیرخطی تبدیل گردیده است. در نهایت حل مسئله‌ی برنامه ریزی غیرخطی فوق الذکر از طریق حل کننده‌ ی SNOPT صورت گرفته است که برای حل از روش های گرادیانی نظیر SQP بهره می گیرد. لازم به ذکر است از آنجایی که هدف غایی طراحی مسیر در این پژوهش، کنترل ترافیک شهری می‌باشد، لذا قیدهای در حین مسیر تعریف شده در حل این مسئله از نوع قیدهای شهری هستند بدین صورت که هر ساختمان در مسیر پروازی با یک استوانه مدل شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می‌دهند که روش فوق الذکر، یک روش کارامد و موثر در طراحی سه بعدی مسیر بهینه‌ی پروازی می‌باشد. https://mme.modares.ac.ir/article_8611_08b7dc6e8b36bcaac15847827b7951a9.pdf