Nonlinear Modeling and Observability of a Planar Multi-Link Robot with Link Thrusters

要約

この作業は、集合的な行動を通じて複雑なタスクを達成するために設計された、小さな柔らかい水中ロボットの協同チームの開発によって動機付けられています。
これらのロボットは生物学からインスピレーションを得ています。サルプスはゼラチン状のクラゲのような海洋動物であり、操縦にジェット推進を利用し、任意の形状とサイズの動的なチェーンを形成するために物理的に接続できます。
この研究の主な貢献は2つあります。まず、平面の非線形マルチリンクスネークロボットモデルを適応させ、ジョイントアクチュエーターを除去し、リンクスラスターを導入し、不均一なリンクの長さ、質量、および慣性の瞬間を可能にすることにより、平面マルチリンクサルプにインスパイアされたシステムをモデル化します。
第二に、リンクスラスタを使用したマルチリンクシステムの非線形観測可能性分析を実施し、リンク角、角速度、質​​量、および慣性モーメントが慣性測定ユニットを装備し、特定のスラスター条件下で動作する場合、局所的に観察可能であることを示します。
この研究は、効果的なコントローラーの設計とパフォーマンスに不可欠なマルチリンクシステムの状態パラメーターと本質的なパラメーターの両方をモデル化および推定するための理論的基盤を提供します。

要約(オリジナル)

This work is motivated by the development of cooperative teams of small, soft underwater robots designed to accomplish complex tasks through collective behavior. These robots take inspiration from biology: salps are gelatinous, jellyfish-like marine animals that utilize jet propulsion for maneuvering and can physically connect to form dynamic chains of arbitrary shape and size. The primary contributions of this research are twofold: first, we adapt a planar nonlinear multi-link snake robot model to model a planar multi-link salp-inspired system by removing joint actuators, introducing link thrusters, and allowing for non-uniform link lengths, masses, and moments of inertia. Second, we conduct a nonlinear observability analysis of the multi-link system with link thrusters, showing that the link angles, angular velocities, masses, and moments of inertia are locally observable when equipped with inertial measurement units and operating under specific thruster conditions. This research provides a theoretical foundation for modeling and estimating both the state and intrinsic parameters of a multi-link system with link thrusters, which are essential for effective controller design and performance.

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