Agile and Cooperative Aerial Manipulation of a Cable-Suspended Load

要約

四角体は、荷重が高速で到達しにくい場所に荷重を運ぶことができます。
単一の四足動物のペイロード容量は限られているため、四つ孔のチームを使用して重いオブジェクトを共同操作することは、スケーラブルで有望なソリューションです。
ただし、マルチリフティングシステム用の既存の制御アルゴリズムは、四角いと負荷の間の複雑な動的結合により、低速および低アクセラレーション操作のみを有効にし、検索や救助などの時間的に批判的なミッションでの使用を制限します。
この作業では、ケーブルに懸信した多重リフティングシステムの俊敏性を大幅に向上させるためのソリューションを提示します。
従来のカスケードソリューションとは異なり、全身の運動力学的モーションプランニングの問題をオンラインで解決する軌道ベースのフレームワークを導入し、四つ孔と負荷の間の動的な結合効果と制約を説明します。
計画された軌道は、後退する舞台裏の様式での参照として四つ孔に提供され、ケーブルの張力を観察および補償するオンボードコントローラーによって追跡されます。
実際の実験は、私たちのフレームワークが、アジャイル軌道に従うための最先端の方法よりも少なくとも8倍の加速を達成できることを示しています。
私たちの方法は、高速で狭い通路を飛行するなど、複雑な操作を実行することもできます。
さらに、負荷の不確実性に対する高い堅牢性を示し、負荷にセンサーを追加する必要はなく、強い実用性を示しています。

要約(オリジナル)

Quadrotors can carry slung loads to hard-to-reach locations at high speed. Since a single quadrotor has limited payload capacities, using a team of quadrotors to collaboratively manipulate a heavy object is a scalable and promising solution. However, existing control algorithms for multi-lifting systems only enable low-speed and low-acceleration operations due to the complex dynamic coupling between quadrotors and the load, limiting their use in time-critical missions such as search and rescue. In this work, we present a solution to significantly enhance the agility of cable-suspended multi-lifting systems. Unlike traditional cascaded solutions, we introduce a trajectory-based framework that solves the whole-body kinodynamic motion planning problem online, accounting for the dynamic coupling effects and constraints between the quadrotors and the load. The planned trajectory is provided to the quadrotors as a reference in a receding-horizon fashion and is tracked by an onboard controller that observes and compensates for the cable tension. Real-world experiments demonstrate that our framework can achieve at least eight times greater acceleration than state-of-the-art methods to follow agile trajectories. Our method can even perform complex maneuvers such as flying through narrow passages at high speed. Additionally, it exhibits high robustness against load uncertainties and does not require adding any sensors to the load, demonstrating strong practicality.

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