Roller-Quadrotor: A Novel Hybrid Terrestrial/Aerial Quadrotor with Unicycle-Driven and Rotor-Assisted Turning

要約

Roller-Quadrotor は、空中ドローンの操縦性と地上車両の耐久性を組み合わせた新しいクアッドローターです。
この作業は、Roller-Quadrotor の設計、モデリング、実験的検証に焦点を当てています。
飛行能力は、推力を提供する 4 つのアクチュエーターを備えたクアッドローター構成によって実現されます。
さらに、一輪車駆動とローター補助による回転構造により、回転運動が促進されます。
地上移動を利用することで、車両は転がりや回転の抵抗を克服でき、飛行モードと比較してエネルギーを節約できます。
この革新的なアプローチは、従来の回転翼航空機の固有の課題に取り組むだけでなく、航空機がその空中機動性を利用して狭い隙間を通って航行し、障害物を克服できるようにします。
私たちはローラークアドローターの包括的なモデルとコントローラーを開発し、実験を通じてその性能を検証します。
結果は、空中と地上の移動の間のシームレスな移行と、直径の半分の大きさの隙間を安全に移動できる能力を実証しました。
さらに、航空機の地上航続距離は約 2.8 倍、飛行時間は航空能力と比較して約 41.2 倍長くなります。
これらの発見は、エネルギーを節約しながら困難な地形を効率的に航行するための、提案された構造と制御メカニズムの実現可能性と有効性を強調しています。

要約(オリジナル)

The Roller-Quadrotor is a novel quadrotor that combines the maneuverability of aerial drones with the endurance of ground vehicles. This work focuses on the design, modeling, and experimental validation of the Roller-Quadrotor. Flight capabilities are achieved through a quadrotor configuration, with four thrust-providing actuators. Additionally, rolling motion is facilitated by a unicycle-driven and rotor-assisted turning structure. By utilizing terrestrial locomotion, the vehicle can overcome rolling and turning resistance, thereby conserving energy compared to its flight mode. This innovative approach not only tackles the inherent challenges of traditional rotorcraft but also enables the vehicle to navigate through narrow gaps and overcome obstacles by taking advantage of its aerial mobility. We develop comprehensive models and controllers for the Roller-Quadrotor and validate their performance through experiments. The results demonstrate its seamless transition between aerial and terrestrial locomotion, as well as its ability to safely navigate through gaps half the size of its diameter. Moreover, the terrestrial range of the vehicle is approximately 2.8 times greater, while the operating time is about 41.2 times longer compared to its aerial capabilities. These findings underscore the feasibility and effectiveness of the proposed structure and control mechanisms for efficient navigation through challenging terrains while conserving energy.

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