A Suspended Aerial Manipulation Avatar for Physical Interaction in Unstructured Environments

要約

この論文では、人間の監督下で人間のような器用さで非構造化環境で物理的にインタラクティブなタスクを実行できる空中プラットフォームを紹介します。
この空中プラットフォームは、ヘキサコプターに取り付けられた人型の胴体で構成されています。
ソフトハンドを備えた 2 自由度のヘッドと 2 つの 5 自由度のアームは、人間のオペレーターがさまざまなタスクを実行できるようにするために必要な器用さを提供します。
堅牢な腱駆動構造がアーム用に意図的に設計されており、動作中のフローティングベースに対するアームの慣性の影響を大幅に軽減します。
さらに、腱は関節に柔軟性を与え、腕の堅牢性を高め、環境との相互作用による損傷を防ぎます。
航空システムのペイロードとバッテリー寿命を延ばすために、空中操縦の概念を使用します。つまり、飛行するヒューマノイドをテザーで構造物 (大型の空挺輸送機や支持クレーンなど) に接続できます。
重要なのは、可搬性と適用性を最大化するために、空中ベース ハードウェアと自動操縦用の市販コンポーネントを利用するモジュール式のアプローチを採用すると同時に、姿勢を維持し、テザーの力と人型の頭と腕の動きを補償する外側の安定化制御ループを開発していることです。
ヒューマノイドは遠隔オペレータによって制御できるため、空中操縦アバターを効果的に実現できます。
提案されたシステムは、災害後の作業を再現する屋内シナリオでの実験を通じて検証されます。

要約(オリジナル)

This paper presents an aerial platform capable of performing physically interactive tasks in unstructured environments with human-like dexterity under human supervision. This aerial platform consists of a humanoid torso attached to a hexacopter. A two-degree-of-freedom head and two five-degree-of-freedom arms equipped with softhands provide the requisite dexterity to allow human operators to carry out various tasks. A robust tendon-driven structure is purposefully designed for the arms, considerably reducing the impact of arm inertia on the floating base in motion. In addition, tendons provide flexibility to the joints, which enhances the robustness of the arm preventing damage in interaction with the environment. To increase the payload of the aerial system and the battery life, we use the concept of Suspended Aerial Manipulation, i.e., the flying humanoid can be connected with a tether to a structure, e.g., a larger airborne carrier or a supporting crane. Importantly, to maximize portability and applicability, we adopt a modular approach exploiting commercial components for the aerial base hardware and autopilot, while developing an outer stabilizing control loop to maintain the attitude, compensating for the tether force and for the humanoid head and arm motions. The humanoid can be controlled by a remote operator, thus effectively realizing a Suspended Aerial Manipulation Avatar. The proposed system is validated through experiments in indoor scenarios reproducing post-disaster tasks.

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