Toward Fully Autonomous Flexible Chunk-Based Aerial Additive Manufacturing: Insights from Experimental Validation

要約

新しい自律チャンクベースの空中積層製造フレームワークが提示され、実験的なデモンストレーションが空中3D印刷を進めています。
最適化ベースの分解アルゴリズムは、構造をサブコンポーネント、またはチャンクに変換し、依存関係グラフを介して調整された個々のタスクとして扱われ、シームレスな実行のための相互依存性と印刷可能性の制約を考慮したUAVへの連続的な割り当てを保証します。
軽量の拡張可能なフォーム押出のための加圧されたキャニスターを備えた特別に設計されたヘキサコプターが、制御された方法で材料を堆積するために利用されます。
印刷の正確な実行をさらに強化するために、オフセットのないモデル予測制御メカニズムは、実行中の障害と地盤効果を反応的に補償することと見なされます。
さらに、構造的凝集を強化し、層の接着を改善するために、チャンキングプロセスにインターロックメカニズムが導入されます。
広範な実験は、さまざまな形状の正確な構造を構築しながら、実際の課題にシームレスに適応し、自律的な構造のための空中ロボット能力の変革的な飛躍の可能性を証明する際のフレームワークの有効性を示しています。

要約(オリジナル)

A novel autonomous chunk-based aerial additive manufacturing framework is presented, supported with experimental demonstration advancing aerial 3D printing. An optimization-based decomposition algorithm transforms structures into sub-components, or chunks, treated as individual tasks coordinated via a dependency graph, ensuring sequential assignment to UAVs considering inter-dependencies and printability constraints for seamless execution. A specially designed hexacopter equipped with a pressurized canister for lightweight expandable foam extrusion is utilized to deposit the material in a controlled manner. To further enhance precise execution of the printing, an offset-free Model Predictive Control mechanism is considered compensating reactively for disturbances and ground effect during execution. Additionally, an interlocking mechanism is introduced in the chunking process to enhance structural cohesion and improve layer adhesion. Extensive experiments demonstrate the framework’s effectiveness in constructing precise structures of various shapes while seamlessly adapting to practical challenges, proving its potential for a transformative leap in aerial robotic capability for autonomous construction.

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