Safety-critical Autonomous Inspection of Distillation Columns using Quadrupedal Robots Equipped with Roller Arms

要約

この文書では、蒸留塔トレイなどの多層設定に特に焦点を当て、複雑な環境を自律的に検査するために設計された包括的なフレームワークを提案します。
ローラーアームを備えた四足ロボットを活用し、オンボード認識を使用することで、移動、トレイ間の安全かつ動的な移行、さまざまなモーションプリミティブを橋渡しする中間モーションなどの重要なモーションコンポーネントを統合します。
カラムトレイは滑りやすく密閉されているため、検査中にロボットの安全を確保することが重要です。そのため、当社では安全フィルターを採用し、環境の制御バリア機能の表現に基づいて足跡の再計画を行っています。
当社のフレームワークは、すべてのシステムコンポーネントをステートマシンに統合し、開発されたセーフティクリティカルな計画および制御要素をエンコードしてセーフティクリティカルな自律性を保証し、蒸留塔の自律的かつ安全なナビゲーションと検査を可能にします。
工業グレードの化学蒸留トレイで構成される環境での実験的検証により、当社の多層アーキテクチャの有効性が強調されます。

要約(オリジナル)

This paper proposes a comprehensive framework designed for the autonomous inspection of complex environments, with a specific focus on multi-tiered settings such as distillation column trays. Leveraging quadruped robots equipped with roller arms, and through the use of onboard perception, we integrate essential motion components including: locomotion, safe and dynamic transitions between trays, and intermediate motions that bridge a variety of motion primitives. Given the slippery and confined nature of column trays, it is critical to ensure safety of the robot during inspection, therefore we employ a safety filter and footstep re-planning based upon control barrier function representations of the environment. Our framework integrates all system components into a state machine encoding the developed safety-critical planning and control elements to guarantee safety-critical autonomy, enabling autonomous and safe navigation and inspection of distillation columns. Experimental validation in an environment, consisting of industrial-grade chemical distillation trays, highlights the effectiveness of our multi-layered architecture.

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