Collision-Resilient Passive Deformable Quadrotors for Exploration, Mapping and Swift Navigation

要約

この記事では、衝突による変形を利用して接触の多いタスクを実行するために最適化されたパッシブ変形可能なクアローターである XPLORER を紹介します。
我々は、新しい外力推定技術と、XPLORER のシャーシの準拠性を利用した高度な計画および制御アルゴリズムを紹介します。
これらのアルゴリズムにより、3 つの異なる飛行動作が可能になります。1 つは静的レンチ アプリケーションで、XPLORER は表面に必要な力とトルクを加えて正確に操作できます。
外乱の除去。クワッドローターは外力とヨー外乱を積極的に軽減して、意図した軌道を維持します。
また、外乱に屈することにより、XPLORER がその位置と方向を動的に適応させて望ましくない力を回避できるようになり、予測不可能な環境要因の中でも安定した飛行が保証されます。
これらの行動を活用して、未知の領域の接触ベースの探索、接触ベースのマッピング、迅速なナビゲーションのための触覚横断、触覚旋回、衝突からブレーキなどの革新的なミッション戦略を開発します。
実験的な検証を通じて、フィードバックと制御の手段として衝突を活用し、未知の環境での効率的な探索と迅速なナビゲーションを可能にするこれらの戦略の有効性を実証します。
この研究は、現実世界のシナリオにおける多用途かつ堅牢なインタラクション タスクに対するパッシブ変形可能なクアローターの可能性を示すことで、航空ロボット工学の成長分野に貢献します。

要約(オリジナル)

In this article, we introduce XPLORER, a passive deformable quadrotor optimized for performing contact-rich tasks by utilizing collision-induced deformation. We present a novel external force estimation technique, and advanced planning and control algorithms that exploit the compliant nature of XPLORER’s chassis. These algorithms enable three distinct flight behaviors: static-wrench application, where XPLORER can exert desired forces and torque on surfaces for precise manipulation; disturbance rejection, wherein the quadrotor actively mitigates external forces and yaw disturbances to maintain its intended trajectory; and yielding to disturbance, enabling XPLORER to dynamically adapt its position and orientation to evade undesired forces, ensuring stable flight amidst unpredictable environmental factors. Leveraging these behaviors, we develop innovative mission strategies including tactile-traversal, tactile-turning, and collide-to-brake for contact-based exploration of unknown areas, contact-based mapping and swift navigation. Through experimental validation, we demonstrate the effectiveness of these strategies in enabling efficient exploration and rapid navigation in unknown environments, leveraging collisions as a means for feedback and control. This study contributes to the growing field of aerial robotics by showcasing the potential of passive deformable quadrotors for versatile and robust interaction tasks in real-world scenarios.

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