Duawlfin: A Drone with Unified Actuation for Wheeled Locomotion and Flight Operation

要約

このペーパーでは、効率的で双方向の地上移動度を達成する車輪付きの移動と飛行操作のための統一された作動を備えたドローンであるDuawlfinを紹介します。
既存のハイブリッド設計とは異なり、Duawlfinは、標準の四角いモーターのみを活用し、一方向のベアリングを備えた微分ドライブトレインを導入することにより、追加のアクチュエーターまたはプロペラ駆動型の地上推進の必要性を排除します。
このイノベーションは、機械システムを簡素化し、エネルギーの使用量を大幅に削減し、センサーとのほこり干渉など、地面の近くで回転するプロペラによって引き起こされる妨害を防ぎます。
その上、一方向のベアリングは、地上モードのモーターからプロペラへの電力伝達を最小限に抑え、車両が人間の近くで安全に動作できるようにします。
詳細な機械設計、迅速かつスムーズモードの遷移のための現在の制御戦略を提供し、広範な実験テストを通じて概念を検証します。
フライトモードテストでは、従来のクワッドコプターに匹敵する安定した空中性能が確認されますが、地上モードの実験は効率的な勾配上昇（最大30 {\ deg}）と1Gの横方向の加速に近づくアジャイル回転操作を示します。
空中モードと地上モードの間のシームレスな遷移は、都市物流や屋内ナビゲーションなどのアプリケーションのアプローチの実用性と有効性をさらに強調しています。
3-Dモデルファイル、デモンストレーションビデオ、その他の資産を含むすべての資料は、https：//sites.google.com/view/duawlfinでオープンソースを受けています。

要約(オリジナル)

This paper presents Duawlfin, a drone with unified actuation for wheeled locomotion and flight operation that achieves efficient, bidirectional ground mobility. Unlike existing hybrid designs, Duawlfin eliminates the need for additional actuators or propeller-driven ground propulsion by leveraging only its standard quadrotor motors and introducing a differential drivetrain with one-way bearings. This innovation simplifies the mechanical system, significantly reduces energy usage, and prevents the disturbance caused by propellers spinning near the ground, such as dust interference with sensors. Besides, the one-way bearings minimize the power transfer from motors to propellers in the ground mode, which enables the vehicle to operate safely near humans. We provide a detailed mechanical design, present control strategies for rapid and smooth mode transitions, and validate the concept through extensive experimental testing. Flight-mode tests confirm stable aerial performance comparable to conventional quadcopters, while ground-mode experiments demonstrate efficient slope climbing (up to 30{\deg}) and agile turning maneuvers approaching 1g lateral acceleration. The seamless transitions between aerial and ground modes further underscore the practicality and effectiveness of our approach for applications like urban logistics and indoor navigation. All the materials including 3-D model files, demonstration video and other assets are open-sourced at https://sites.google.com/view/Duawlfin.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google