Safe and Agile Transportation of Cable-Suspended Payload via Multiple Aerial Robots

要約

複数の空中ロボット（MARS）を使用して重いペイロードを輸送することは、単一の空中ロボットの負荷容量を拡張するための効率的な方法です。
ただし、複数の航空ロボット輸送システム（MARTS）の既存のスキームには、衝突のない動的に実行可能な軌跡をリアルタイムで生成し、特にアジャイルの軌跡をさらに追跡する機能がまだありません。
ペイロードとケーブル。
したがって、それらは単純な環境での低電力輸送に限定されています。
ギャップを埋めるために、MARTSの完全な計画と制御スキームを提案し、複雑な環境でケーブルに懸信したペイロードの安全で機敏な空中輸送（SAAT）を達成します。
完全な運動学的制約と各航空ロボットとペイロードの間の動的な結合を考慮して、空中ロボットの平ら性マップが導出されます。
複雑な環境で安全で動的に実行可能な、アジャイルな軌跡の生成に対する応答性を改善するために、MARTSにはリアルタイムの空間的軌道計画スキームが提案されています。
その上、ペイロードとケーブルの両方の状態測定、ペイロードの閉ループ制御への依存から脱却し、不正確なペイロード質量に対して堅牢なアジャイル軌道を追跡するために完全に分散した制御スキームを提案します
および非ポイント質量ペイロード。
提案されたスキームは、ベンチマークの比較、アブレーション研究、およびシミュレーションを通じて広範囲に検証されます。
最後に、オンボードコンピューターとセンサーを備えた3つの航空ロボットによって統合されたMARTSで、広範な実世界の実験が行われます。
結果は、複雑な環境でのSAATの提案されたスキームの効率と堅牢性を検証します。

要約(オリジナル)

Transporting a heavy payload using multiple aerial robots (MARs) is an efficient manner to extend the load capacity of a single aerial robot. However, existing schemes for the multiple aerial robots transportation system (MARTS) still lack the capability to generate a collision-free and dynamically feasible trajectory in real-time and further track an agile trajectory especially when there are no sensors available to measure the states of payload and cable. Therefore, they are limited to low-agility transportation in simple environments. To bridge the gap, we propose complete planning and control schemes for the MARTS, achieving safe and agile aerial transportation (SAAT) of a cable-suspended payload in complex environments. Flatness maps for the aerial robot considering the complete kinematical constraint and the dynamical coupling between each aerial robot and payload are derived. To improve the responsiveness for the generation of the safe, dynamically feasible, and agile trajectory in complex environments, a real-time spatio-temporal trajectory planning scheme is proposed for the MARTS. Besides, we break away from the reliance on the state measurement for both the payload and cable, as well as the closed-loop control for the payload, and propose a fully distributed control scheme to track the agile trajectory that is robust against imprecise payload mass and non-point mass payload. The proposed schemes are extensively validated through benchmark comparisons, ablation studies, and simulations. Finally, extensive real-world experiments are conducted on a MARTS integrated by three aerial robots with onboard computers and sensors. The result validates the efficiency and robustness of our proposed schemes for SAAT in complex environments.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google