Robust Self-Reconfiguration for Fault-Tolerant Control of Modular Aerial Robot Systems

要約

モジュラー航空ロボットシステム（MARS）は、単一の統合された剛性フライングプラットフォームに組み立てられた複数のドローンユニットで構成されています。
固有の冗長性により、火星は異なる構成に自己再構成することができ、ローターまたはユニットの障害を緩和し、安定した飛行を維持できます。
ただし、火星の自己再構成に関する既存の作業は、再組み立てプロセス中に形成された中間構造の実用的な制御性を見落としていることが多く、適用性が制限されます。
このホワイトペーパーでは、火星の制御制御動的モデルを考慮し、各中間段階で制御可能性マージンを最大化する堅牢で効率的な自己再構成アルゴリズムを提案することにより、このギャップに対処します。
具体的には、最適で制御可能な分解とアセンブリシーケンスを計算するためのアルゴリズムを開発し、堅牢な自己再構成を可能にします。
最後に、いくつかの困難な障害耐性の自己再構成シナリオで私たちの方法を検証し、アセンブリステップの数を減らしながら制御性と軌跡追跡の両方の大幅な改善を示します。
この作業のビデオとソースコードは、https：//github.com/ruihuangnus/mars-reconfig/で入手できます。

要約(オリジナル)

Modular Aerial Robotic Systems (MARS) consist of multiple drone units assembled into a single, integrated rigid flying platform. With inherent redundancy, MARS can self-reconfigure into different configurations to mitigate rotor or unit failures and maintain stable flight. However, existing works on MARS self-reconfiguration often overlook the practical controllability of intermediate structures formed during the reassembly process, which limits their applicability. In this paper, we address this gap by considering the control-constrained dynamic model of MARS and proposing a robust and efficient self-reconstruction algorithm that maximizes the controllability margin at each intermediate stage. Specifically, we develop algorithms to compute optimal, controllable disassembly and assembly sequences, enabling robust self-reconfiguration. Finally, we validate our method in several challenging fault-tolerant self-reconfiguration scenarios, demonstrating significant improvements in both controllability and trajectory tracking while reducing the number of assembly steps. The videos and source code of this work are available at https://github.com/RuiHuangNUS/MARS-Reconfig/

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