Design, Control, and Motion Strategy of TRADY: Tilted-Rotor-Equipped Aerial Robot With Autonomous In-flight Assembly and Disassembly Ability

要約

この記事では、飛行中の組み立てと分解を自律的に行​​う、傾斜ローターを搭載した空中ロボットであるTRADYという新しい空中ロボットユニットを紹介します。
1台のTRADYユニットは、空中で自律的に別のTRADYユニットから結合および分離することができ、それによって航空機の制御の自由度を拡大または縮小します。
このロボットは、ユニタリー状態のクワッドローターとしてアンダーアクチュエイテッドモデルによって制御され、2つのユニットが組み立てられると、シングルオクトローターとしてフルアクチュエーテッドモデルによって制御されます。
このシステムは、傾斜角度を最適化したティルトローターと、高精度なドッキング・アンド・ドッキングが可能なドッキング機構によって実現されています。
さらに、システムの切り替え中の離散的な変化を補償するための状態遷移法を含む、空気中でコントローラーを過小作動と完全作動の間で切り替えることを可能にする新しいシステム構成を提示します。
実機での実験では、TRADYは危険状態からの回復行動を取り入れた新しい動作計画を使用することで、約90%の成功率で空中分解動作を実行できます。
また、タスク実行実験により、TRADY は 2 つのユニットを組み立てることで、遷移と回転を独立して制御でき、さらに 1 つのユニットの 9 倍以上のトルクを発生することを突き止めました。
私たちの知る限りでは、この作業は、完全に作動したモデルと作動していないモデルの間をシームレスに移行しながら、組み立てと分解の両方を実行できるロボット システムが開発された初めての例です。

要約(オリジナル)

In this airticle, we introduce a novel aerial robot unit called TRADY, which is a tilted rotor-equipped aerial robot with autonomous in-flight assembly and disassembly ability. One TRADY unit can be combined and separated from another TRADY unit in the air autonomously, thereby extending or reducing the degree of control freedom of the aircraft. This robot is controlled by under-actuated model as a quadrotor in the unitary state, and when the two units are assembled, they are controlled by fully actuated model as a single octorotor. This system is achieve by tilted rotors with optimized tilt angles and the docking mechanism capable of both doking and undocking with high precision. Furthermore, we present a novel system configuration that allows to switch controllers between under-actuated and fully-actuated in the air, including the state transition method to compensate for discrete changes during system switchover. In the experiment with the real mahine, TRADY is able to perform aerial assembly and disassembly motion with a success rate of about 90% by using a new motion plan that employed recovery behavior from hazardous conditions. We also confine through task execution experiments that, by assembling two units, TRADY can control transition and rotation independently, and it produces more than 9 times the torque of a single unit moreover. To the best of our knowledge, this work represents the first time that a robot system has been developed that can perform both assembly and disassembly while seamlessly transitioning between fully-actuated and under-actuated models.

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