Decentralized Aerial Transportation and Manipulation of a Cable-Slung Payload With Swarm of Agents

要約

商業分野における無人航空機 (UAV) と超小型航空機 (MAV) の出現により、ペイロードの輸送と操作への応用が多くの研究活動を惹きつけています。
エージェントの群れが協力してペイロードの転送と操作を行うことで、単一エージェントの物理的な制限を克服し、冗長性と障害に対する耐性を追加できます。
この論文では、フレキシブル ケーブルを介してペイロードに接続された群れのダイナミクスをモデル化し、人工ポテンシャル フィールド (APF) を使用して分散制御を設計します。
群れは、搭載センサーから受信したローカル情報に基づいて障害物を回避しながら、未知の環境を通じてペイロードをゴール位置まで輸送することができます。
主な貢献は、(a) 幾何学的制約の代わりに集中質量モデルを使用してケーブルがより正確にモデル化されていること、(b) ペイロード状態情報なしでシステムのホバリング安定性を確保するためにポテンシャル フィールド アプローチを使用して分散型群制御が設計されていること、(c)
ペイロードの仰角と方位角の操作は APF によって制御され、(d) 輸送のためのペイロードの軌道は、目標点と障害物によって生成されるポテンシャル フィールドによって支配されます。
本研究で提案した手法の有効性は，外乱やエージェントの故障の影響下での数値シミュレーションを通じて評価された。

要約(オリジナル)

With the advent of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) and Micro Aerial Vehicles (MAV) in commercial sectors, their application for transporting and manipulating payloads has attracted many research work. A swarm of agents, cooperatively working to transport and manipulate a payload can overcome the physical limitations of a single agent, adding redundancy and tolerance against failures. In this paper, the dynamics of a swarm connected to a payload via flexible cables are modeled, and a decentralized control is designed using Artificial Potential Field (APF). The swarm is able to transport the payload through an unknown environment to a goal position while avoiding obstacles from the local information received from the onboard sensors. The key contributions are (a) the cables are modelled more accurately using lumped mass model instead of geometric constraints, (b) a decentralized swarm control is designed using potential field approach to ensure hover stability of system without payload state information, (c) the manipulation of payload elevation and azimuth angles are controlled by APF, and (d) the trajectory of the payload for transportation is governed by potential fields generated by goal point and obstacles. The efficacy of the method proposed in this work are evaluated through numerical simulations under the influence of external disturbances and failure of agents.

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