Contact-Prioritized Planning of Impact-Resilient Aerial Robots with an Integrated Compliant Arm

要約

この記事では、接触を感知して衝突衝撃を軽減するコンプライアントアームを備え、攻撃的な操作を実行しながら衝突に対処するためのリアルタイム接触力推定器と非線形モーションコントローラーを備えた耐衝撃性空中ロボット (s-ARQ) を開発しています。
高速での壁衝突から安定します。
さらに、雑然とした環境での空中ロボットのナビゲーションを容易にするために接触を優先することを目的とした、新しい衝突を含む計画方法が提案されています。
さまざまな模擬実験や物理実験により、ロボットと連絡先優先 (CP) プランナーの重要な利点が実証されています。
実験結果によると、準拠ロボットの重量増加は $4\%$ のみですが、落下テストや壁衝突テストでは約 $40\%$ の衝撃が軽減されました。
s-ARQ は、攻撃的な操作を実行しながら衝突に対処し、$3.0$ m/s の高速壁衝突から $100\%$ の成功率で安定させることができます。
私たちが提案する準拠ロボットと接触優先計画法は、速度制約のある A$^\ast$ および RRT$^\ast$ プランナーと比較して、より短い軌道時間とより大きなクリアランスを持ちながら、計算時間を短縮できます。
部分的に既知の環境でのオンライン計画テストは、実際の使用例に適用するための私たちの方法の予備的な実現可能性をさらに実証します。

要約(オリジナル)

The article develops an impact-resilient aerial robot (s-ARQ) equipped with a compliant arm to sense contacts and reduce collision impact and featuring a real-time contact force estimator and a non-linear motion controller to handle collisions while performing aggressive maneuvers and stabilize from high-speed wall collisions. Further, a new collision-inclusive planning method that aims to prioritize contacts to facilitate aerial robot navigation in cluttered environments is proposed. A range of simulated and physical experiments demonstrate key benefits of the robot and the contact-prioritized (CP) planner. Experimental results show that the compliant robot has only a $4\%$ weight increase but around $40\%$ impact reduction in drop tests and wall collision tests. s-ARQ can handle collisions while performing aggressive maneuvers and stabilize from high-speed wall collisions at $3.0$ m/s with a success rate of $100\%$. Our proposed compliant robot and contact-prioritized planning method can accelerate computation time while having shorter trajectory time and larger clearances compared to A$^\ast$ and RRT$^\ast$ planners with velocity constraints. Online planning tests in partially-known environments further demonstrate the preliminary feasibility of our method to apply in practical use cases.

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