RotorTM: A Flexible Simulator for Aerial Transportation and Manipulation

要約

低コストの自律型超小型航空機 (MAV) は、建設、荷物の配達、捜索救助など、環境との相互作用を必要とする複雑な作業を簡素化および高速化し、人間を助ける可能性を秘めています。
単一または複数の車両で構成されるこれらのシステムには、輸送や操作のタスクを実行するための剛性リンクやケーブルなどの受動的な接続メカニズムを設けることができます。
ただし、それらは非線形多様体構成空間で作動不足で展開することが多いため、本質的に複雑です。
さらに、ケーブルに吊り下げられた負荷を伴うシステムの複雑さは、ケーブルのさまざまな張力条件に応じたハイブリッドダイナミクスによってさらに増大します。
この論文では、完全なシステム ダイナミクス、計画、および制御アルゴリズムを備えた、さまざまなペイロードと受動的接続メカニズムを組み込んだ最初の航空輸送および操作シミュレーターを紹介します。
さらに、現実世界のシステムを厳密に模倣するために、ケーブルで吊り下げられた負荷を伴う空中システムの過渡ハイブリッド ダイナミクスを説明する新しい一般モデルが含まれています。
柔軟で直観的なインターフェイスの可用性は、その使いやすさと多用途性にさらに貢献します。
さまざまな車両構成でのシミュレーションと現実世界の実験を比較すると、現実世界の設定に対するシミュレーターの結果の忠実度がわかります。
この実験では、航空機輸送および操作システムの迅速なプロトタイピングと現実世界への展開への移行に対するシミュレーターの利点も示されています。

要約(オリジナル)

Low-cost autonomous Micro Aerial Vehicles (MAVs) have the potential to help humans by simplifying and speeding up complex tasks that require their interaction with the environment, such as construction, package delivery, and search and rescue. These systems, composed of single or multiple vehicles, can be endowed with passive connection mechanisms such as rigid links or cables to perform transportation and manipulation tasks. However, they are inherently complex since they are often underactuated and evolve in nonlinear manifold configuration spaces. In addition, the complexity of systems with cable-suspended load is further increased by the hybrid dynamics depending on the cables’ varying tension conditions. This paper presents the first aerial transportation and manipulation simulator incorporating different payloads and passive connection mechanisms with full system dynamics, planning, and control algorithms. Furthermore, it includes a novel general model accounting for the transient hybrid dynamics for aerial systems with cable-suspended load to closely mimic real-world systems. The availability of a flexible and intuitive interface further contributes to its usability and versatility. Comparisons between simulations and real-world experiments with different vehicles’ configurations show the fidelity of the simulator results with respect to real-world settings. The experiments also show the simulator’s benefit for the rapid prototyping and transitioning of aerial transportation and manipulation systems to real-world deployment.

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