A perching and tilting aerial robot for precise and versatile power tool work on vertical walls

要約

垂直壁の穴あけ、研磨、アンカーの設置は、日常の建設作業の基本的なプロセスです。
これらの作業を手動で行うのは間違いが発生しやすく、危険な可能性があり、非常に複雑です。
現在、重量移動地上ロボットは自動電動工具作業を実行できます。
しかし、航空機は通行できない環境に配備され、アクセスできない場所に到達する可能性があります。
既存のドローン設計では、電動工具の使用に必要な大きな力、積載量、高精度を実現できません。
この研究では、垂直コンクリート壁上で最大 150 N の連続力で多用途の操作タスクを実行する初の空中ロボット設計を紹介します。このプラットフォームは、壁に固定するためのアクティブ吸引カップを備えたクアッドローターと、軽量で傾斜可能なリニアツールテーブルを組み合わせています。
この組み合わせにより、飛行、表面調整、および操作中の送りのための推進システムを使用する重量が最小限に抑えられ、電動工具の正確な位置決めが可能になります。
私たちは、コンクリート穴あけ用途で設計を評価します。これは、高い力、正確さ、精度が必要となる困難な建設プロセスです。
30 回の試行で、当社の設計は、止まり込みの精度が低いにもかかわらず、ターゲットの位置を正確に特定することができました。
視覚的にガイドされた 9 つの穴あけ実験により、さらなる自動化なしで 6 mm の穴あけ精度が実証されました。
穴あけ以外にも、コンクリートにアンカーを設置することによる設計の多用途性も実証します。

要約(オリジナル)

Drilling, grinding, and setting anchors on vertical walls are fundamental processes in everyday construction work. Manually doing these works is error-prone, potentially dangerous, and elaborate at height. Today, heavy mobile ground robots can perform automatic power tool work. However, aerial vehicles could be deployed in untraversable environments and reach inaccessible places. Existing drone designs do not provide the large forces, payload, and high precision required for using power tools. This work presents the first aerial robot design to perform versatile manipulation tasks on vertical concrete walls with continuous forces of up to 150 N. The platform combines a quadrotor with active suction cups for perching on walls and a lightweight, tiltable linear tool table. This combination minimizes weight using the propulsion system for flying, surface alignment, and feed during manipulation and allows precise positioning of the power tool. We evaluate our design in a concrete drilling application – a challenging construction process that requires high forces, accuracy, and precision. In 30 trials, our design can accurately pinpoint a target position despite perching imprecision. Nine visually guided drilling experiments demonstrate a drilling precision of 6 mm without further automation. Aside from drilling, we also demonstrate the versatility of the design by setting an anchor into concrete.

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