Enabling Faster Locomotion of Planetary Rovers with a Mechanically-Hybrid Suspension

要約

月極の探査と火星表面からのサンプル収集は、自律性と速度の向上を必要とする短い時間枠によって特徴付けられます。
自律移動ロボットは本質的に、より広範囲の外乱に対処する必要があります。
より高速なオフロードナビゲーションは地上用途向けに検討されていますが、速度の増加と重力場の減少の複合効果はまだ十分に研究されていません。
この論文では、車輪付き遊星ロボット用の新しい完全パッシブサスペンション設計を設計し、実証します。これは、ハイレンジパッシブロッカーと弾性インホイールコイルオーバーショックアブソーバーを組み合わせたものです。
この設計は当初、減重力 (1.625 m/s$^2$) のシミュレーション環境で考案され検証されました。そこでは、急な坂道を登ったり、岩や岩などの予期せぬ障害物を乗り越えたりする一連の課題に対して 3 つの異なるパッシブ サスペンション構成が評価されました。
その後、プロトタイプが作成され、一連のフィールドテストで検証されました。
提案された機械的ハイブリッド サスペンションは、さまざまな重力場の下で構造化されていない地形上での高速移動 (>1 m/s) による悪影響 (高周波/高振幅の振動と衝撃荷重) をより効果的に軽減することが証明されています。
これにより、ナビゲーションおよび制御システムへの需要が低下し、今後数年間の探査ミッションの効率に影響を及ぼします。

要約(オリジナル)

The exploration of the lunar poles and the collection of samples from the martian surface are characterized by shorter time windows demanding increased autonomy and speeds. Autonomous mobile robots must intrinsically cope with a wider range of disturbances. Faster off-road navigation has been explored for terrestrial applications but the combined effects of increased speeds and reduced gravity fields are yet to be fully studied. In this paper, we design and demonstrate a novel fully passive suspension design for wheeled planetary robots, which couples a high-range passive rocker with elastic in-wheel coil-over shock absorbers. The design was initially conceived and verified in a reduced-gravity (1.625 m/s$^2$) simulated environment, where three different passive suspension configurations were evaluated against a set of challenges–climbing steep slopes and surmounting unexpected obstacles like rocks and outcrops–and later prototyped and validated in a series of field tests. The proposed mechanically-hybrid suspension proves to mitigate more effectively the negative effects (high-frequency/high-amplitude vibrations and impact loads) of faster locomotion (>1 m/s) over unstructured terrains under varied gravity fields. This lowers the demand on navigation and control systems, impacting the efficiency of exploration missions in the years to come.

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