From Ceilings to Walls: Universal Dynamic Perching of Small Aerial Robots on Surfaces with Variable Orientations

要約

この研究では、さまざまなサイズのクアッドローターやさまざまな向きの表面に対する汎用の動的止まり機能を実証します。
無次元化フレームワークと深層強化学習を採用することで、ロボットのサイズと表面の向きが着陸能力にどのように影響するかを系統的に評価しました。
私たちは、さまざまなロボット スケール間で幾何学的比率を維持することで、一貫した止まり動作が保証されるという仮説を立てました。これはシミュレーションと実験テストの両方で検証されました。
さらに、着陸装置の関節の剛性と減衰が、止まり動作とパフォーマンスに及ぼす影響を調査しました。
関節の剛性への影響は最小限でしたが、垂直進入条件下では関節の減衰比が着陸の成功に影響を与えました。
この研究では、ロボットの操縦性と脚の形状によって決定される、止まり木を成功させるために必要な臨界速度閾値も特定されました。
全体として、この研究はロボットの止まり木機能を進歩させ、機械設計の役割とスケーリング効果についての洞察を提供し、将来のドローンの自律性と非構造化環境での運用効率の基礎を築きます。

要約(オリジナル)

This work demonstrates universal dynamic perching capabilities for quadrotors of various sizes and on surfaces with different orientations. By employing a non-dimensionalization framework and deep reinforcement learning, we systematically assessed how robot size and surface orientation affect landing capabilities. We hypothesized that maintaining geometric proportions across different robot scales ensures consistent perching behavior, which was validated in both simulation and experimental tests. Additionally, we investigated the effects of joint stiffness and damping in the landing gear on perching behaviors and performance. While joint stiffness had minimal impact, joint damping ratios influenced landing success under vertical approaching conditions. The study also identified a critical velocity threshold necessary for successful perching, determined by the robot’s maneuverability and leg geometry. Overall, this research advances robotic perching capabilities, offering insights into the role of mechanical design and scaling effects, and lays the groundwork for future drone autonomy and operational efficiency in unstructured environments.

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