Reconfigurable Robot Control Using Flexible Coupling Mechanisms

要約

再構成可能なロボット群は、相互に接続して複雑な構造を形成できます。
現在の機械的または磁気的な接続メカニズムは、製造が複雑で、高電力を消費し、耐荷重能力が限られているか、または剛構造しか形成できない可能性があります。
この論文では、ロボット間の柔軟な結合と結合解除を可能にする低コストのソフトアンカー設計を紹介します。
当社の非対称アンカーは、他のロボットの開口部に押し込むのに最小限の力で済むと同時に、強力な引っ張り力を備えているため、ロボット間の接続を確実に行うことができます。
この柔軟な結合メカニズムを組み立てられた構造として維持するために、ロボット間の幾何学的関係をモデル化するためのポリゴン制約を備えたモデル予測制御 (MPC) フレームワークを提示します。
我々はソフトアンカーの力プロファイルを得るために実験を実施し、その力プロファイルはシミュレーションにおけるアンカーの3バーリンクモデルに情報を与えました。
提案されたメカニズムと MPC フレームワークにより、ロボットがシミュレーション環境とハードウェア プラットフォームの両方で結合、分離、およびさまざまな動作を実行できることを示します。
私たちのコードは https://github.com/ZoomLabCMU/puzzlebot_anchor で入手できます。
ビデオは https://www.youtube.com/watch?v=R3gFplorCJg でご覧いただけます。

要約(オリジナル)

Reconfigurable robot swarms are capable of connecting with each other to form complex structures. Current mechanical or magnetic connection mechanisms can be complicated to manufacture, consume high power, have a limited load-bearing capacity, or can only form rigid structures. In this paper, we present our low-cost soft anchor design that enables flexible coupling and decoupling between robots. Our asymmetric anchor requires minimal force to be pushed into the opening of another robot while having a strong pulling force so that the connection between robots can be secured. To maintain this flexible coupling mechanism as an assembled structure, we present our Model Predictive Control (MPC) frameworks with polygon constraints to model the geometric relationship between robots. We conducted experiments on the soft anchor to obtain its force profile, which informed the three-bar linkage model of the anchor in the simulations. We show that the proposed mechanism and MPC frameworks enable the robots to couple, decouple, and perform various behaviors in both the simulation environment and hardware platform. Our code is available at https://github.com/ZoomLabCMU/puzzlebot_anchor . Video is available at https://www.youtube.com/watch?v=R3gFplorCJg .

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