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

要約

この書簡は、長さを制御可能な非張力テザーを介して無人地上車両 (UGV) に接続された無人航空機 (UAV) で構成される有袋類ロボット システムにおける軌道計画の問題に取り組んでいます。
私たちの知る限り、これは、緊張していないテザーを使用した有袋類の UGV-UAV の軌道計画に取り組む最初の方法です。
目的は、3 つの有袋類システム エージェント (UAV、UGV、およびテザー) の同期された衝突のない軌道を決定することです。
まず、計算を高速化するための新しいサンプリングおよびステアリング技術を備えた最適な高速探索ランダム ツリー (RRT*) に基づくパス プランニング ソリューションを紹介します。
このアルゴリズムは、3D 環境とテザーを考慮して、UAV と UGV の衝突のない経路を取得できます。
次に、この手紙では、非線形最小二乗法に基づいた軌道プランナーが提示されています。
オプティマイザーは、ロボットの速度や加速度の制限によって課される動作の時間的制約や、テザーのクリアランスを上げるなど、経路計画では考慮されない側面を考慮します。
シミュレーション結果とフィールドテストの結果は、このアプローチが障害物のない滑らかで実行可能な軌道を有袋類システムに生成することを示しています。

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 with controllable 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 letter 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.

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