Coordinated Trajectories for Non-stop Flying Carriers Holding a Cable-Suspended Load

要約

マルチローターUAVは通常、空中操作のために考慮されていますが、耐久性が低いため、長期にわたる操作タスクが防止されます。
この作業は、3つ以上のキャリアのノンストップ飛行が、ケーブル懸濁液の一定のポーズを保持することと互換性があり、したがって、エネルギー効率の高いノンストップキャリアによる空中操作を可能にする可能性があることを示しています。
また、調整されたノンストップ軌道を生成するためのアルゴリズムも提示します。
提案された方法は、2つの柱の上に構築されます。（1）〜$ n $の選択は、荷重のハミルトンサイクルのエッジとして選択された荷重マトリックスの$ 3N-6 $次元ヌルスペース内の内部力の特別な線形独立方向の選択です。
隣接する方向のペアは、3Dで一般的にアタッチメントポイントがあるにもかかわらず、異なる2Dアフィンサブスペースで進化する$ n $力を生成するために使用されます。
（2）〜適切なグラフの色をマッピングすることにより、これらのサブスペース内の楕円形の軌跡の構築は、ハミルトニアンサイクルの各エッジを周期座標までの各エッジに合わせて、隣接する座標が同時ゼロ誘導体を示すことを保証します。
これらの選択により、荷重の静的およびアタッチメントポイント位置の条件と組み合わされて、$ n $ force軌道のそれぞれが、非ゼロの接線速度を持つ対応するケーブル制約球にプロジェクトを行い、負荷がまだ残っている間にキャリアの永続的な動きを可能にします。
理論的な調査結果は、シミュレーションと非止めマルチローターUAVを使用した実験室実験を通じて検証されます。

要約(オリジナル)

Multirotor UAVs have been typically considered for aerial manipulation, but their scarce endurance prevents long-lasting manipulation tasks. This work demonstrates that the non-stop flights of three or more carriers are compatible with holding a constant pose of a cable-suspended load, thus potentially enabling aerial manipulation with energy-efficient non-stop carriers. It also presents an algorithm for generating the coordinated non-stop trajectories. The proposed method builds upon two pillars: (1)~the choice of $n$ special linearly independent directions of internal forces within the $3n-6$-dimensional nullspace of the grasp matrix of the load, chosen as the edges of a Hamiltonian cycle on the graph that connects the cable attachment points on the load. Adjacent pairs of directions are used to generate $n$ forces evolving on distinct 2D affine subspaces, despite the attachment points being generically in 3D; (2)~the construction of elliptical trajectories within these subspaces by mapping, through appropriate graph coloring, each edge of the Hamiltonian cycle to a periodic coordinate while ensuring that no adjacent coordinates exhibit simultaneous zero derivatives. Combined with conditions for load statics and attachment point positions, these choices ensure that each of the $n$ force trajectories projects onto the corresponding cable constraint sphere with non-zero tangential velocity, enabling perpetual motion of the carriers while the load is still. The theoretical findings are validated through simulations and laboratory experiments with non-stopping multirotor UAVs.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google