Flying Vines: Design, Modeling, and Control of a Soft Aerial Robotic Arm

要約

空中ロボットアームは、空中から到達しにくい地域で検査と環境の相互作用を可能にすることを目指しています。
ただし、多くの空中マニピュレーターは、大きくて高給の空中車両に取り付けられたかさばるまたは重いロボットマニピュレーターを備えています。
代わりに、低質量と「フライ​​ングヴァイン」と呼ばれる小さな収納構成を備えた空中ロボットアームを提案します。
空飛ぶブドウは、腕のように柔らかく成長した膨らんだビームを備えた、小さくて操縦可能な四角体で構成されています。
このソフトロボットアームは不十分であり、エンドエフェクターの配置は、結合した四角い紫色のダイナミクスを制御することで実現されます。
この作業では、希望のエンドエフェクター軌道を追跡するためのフライングバインデザインとモデリングおよび制御フレームワークを紹介します。
動的モデルは、データ駆動型モデリング方法を活用し、時間変動の動的パラメーターを説明するために双線形補間を導入します。
軌跡の最適化を使用して、望ましいエンドエフェクター運動を生成する四輪制御を計画します。
物理的なプロトタイプの実験結果は、私たちのフレームワークにより、空飛ぶブドウが高速末端エフェクター追跡を実行できることを示しており、ソフト航空マニピュレーターで動的操作を実行するための基礎を築きます。

要約(オリジナル)

Aerial robotic arms aim to enable inspection and environment interaction in otherwise hard-to-reach areas from the air. However, many aerial manipulators feature bulky or heavy robot manipulators mounted to large, high-payload aerial vehicles. Instead, we propose an aerial robotic arm with low mass and a small stowed configuration called a ‘flying vine’. The flying vine consists of a small, maneuverable quadrotor equipped with a soft, growing, inflated beam as the arm. This soft robot arm is underactuated, and positioning of the end effector is achieved by controlling the coupled quadrotor-vine dynamics. In this work, we present the flying vine design and a modeling and control framework for tracking desired end effector trajectories. The dynamic model leverages data-driven modeling methods and introduces bilinear interpolation to account for time-varying dynamic parameters. We use trajectory optimization to plan quadrotor controls that produce desired end effector motions. Experimental results on a physical prototype demonstrate that our framework enables the flying vine to perform high-speed end effector tracking, laying a foundation for performing dynamic maneuvers with soft aerial manipulators.

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