Path and trajectory planning of a tethered UAV-UGV marsupial robotic system

要約

本論文では、無人航空機（UAV）と無人地上車両（UGV）を長さ制御可能な非太鼓テザーで連結した有袋類ロボットシステムにおける軌道計画の問題を取り上げる。我々の知る限り、本手法は非太鼓テザーを用いた有袋類UGV-UAVの軌道計画を扱った最初の手法である。目的は、3つの有袋類システムエージェントのための同期した無衝突軌道を決定することである：UAV、UGV、そしてテザーである。まず、最適なRapidly-exploring Random Trees（RRT*）に基づき、計算を高速化するための新しいサンプリングとステアリング技術を用いた経路計画ソリューションを紹介する。このアルゴリズムは、3D環境とテザーを考慮したUAVとUGVの無衝突経路を得ることができる。次に、非線形最小二乗法に基づく軌道プランナーを紹介する。このオプティマイザは、ロボットの速度や加速度の制限による運動の時間的制約や、テザーのクリアランスの増加など、経路計画では考慮されなかった側面を考慮に入れている。シミュレーションとフィールドテストの結果、本アプローチは有袋類に障害物がなく、滑らかで実現可能な軌道を生成することが実証された。

要約(オリジナル)

This letter addresses the problem of trajectory planning in a marsupial robotic system consisting of an unmanned aerial vehicle (UAV) linked to an unmanned ground vehicle (UGV) through a non-taut tether withcontrollable length. To the best of our knowledge, this is the first method that addresses the trajectory planning of a marsupial UGV-UAV with a non-taut tether. The objective is to determine a synchronized collision-free trajectory for the three marsupial system agents: UAV, UGV, and tether. First, we present a path planning solution based on optimal Rapidly-exploring Random Trees (RRT*) with novel sampling and steering techniques to speed-up the computation. This algorithm is able to obtain collision-free paths for the UAV and the UGV, taking into account the 3D environment and the tether. Then, the paper presents a trajectory planner based on non-linear least squares. The optimizer takes into account aspects not considered in the path planning, like temporal constraints of the motion imposed by limits on the velocities and accelerations of the robots , or raising the tether’s clearance. Simulated and field test results demonstrate that the approach generates obstacle-free, smooth, and feasible trajectories for the marsupial system.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, DeepL