Battery-Swapping Multi-Agent System for Sustained Operation of Large Planetary Fleets

要約

私たちは、発電を中央ハブにアウトソーシングすることでローバーを小型化する、新しい異種マルチエージェント アーキテクチャを提案します。
発電および配電機能をこのハブに委任することにより、探査機あたりのサイズ、重量、電力、およびコスト (SWAP-C) が削減され、効率的な車両の拡張が可能になります。
これらの探査機が地形の周りでミッションタスクを実行すると、ハブは一連の交換用バッテリーモジュールを充電します。
探査機が充電を必要とする場合、探査機はハブに戻って自律ドッキング シーケンスを開始し、完全に充電されたバッテリーを持って終了します。
これにより、数時間ではなく数分でローバーを補充できるため、無線または有線充電などの直接充電方法に比べて利点が得られ、ローバーの正味稼働時間が増加します。
この作品は、未知のフィールド地形でのバッテリー交換を実証するために開発されたオープンソース プラットフォームを共有しています。
最適化、堅牢な機械設計、検証に重点を置き、システムの信頼性を高めるために利用される設計手法について詳しく説明します。
有効なドッキング構成スペースを 258% 増加させるシミュレーションベースの最適化手法によるパッシブ ガイド レールの設計を含む、システムの最適化について説明します。
システム全体は総合テスト中に評価され、最大 10{\deg} の勾配のある路面で平均 98 秒の整備時間が達成されました。
最後に、システムを宇宙対応設計に進めるための飛行に関する考慮事項を簡単に提案します。
つまり、このプロトタイプは、現場の地形での自律ドッキングとバッテリー移動の概念実証を表し、技術準備レベル (TRL) を 1 から 3 に引き上げます。

要約(オリジナル)

We propose a novel, heterogeneous multi-agent architecture that miniaturizes rovers by outsourcing power generation to a central hub. By delegating power generation and distribution functions to this hub, the size, weight, power, and cost (SWAP-C) per rover are reduced, enabling efficient fleet scaling. As these rovers conduct mission tasks around the terrain, the hub charges an array of replacement battery modules. When a rover requires charging, it returns to the hub to initiate an autonomous docking sequence and exits with a fully charged battery. This confers an advantage over direct charging methods, such as wireless or wired charging, by replenishing a rover in minutes as opposed to hours, increasing net rover uptime. This work shares an open-source platform developed to demonstrate battery swapping on unknown field terrain. We detail our design methodologies utilized for increasing system reliability, with a focus on optimization, robust mechanical design, and verification. Optimization of the system is discussed, including the design of passive guide rails through simulation-based optimization methods which increase the valid docking configuration space by 258%. The full system was evaluated during integrated testing, where an average servicing time of 98 seconds was achieved on surfaces with a gradient up to 10{\deg}. We conclude by briefly proposing flight considerations for advancing the system toward a space-ready design. In sum, this prototype represents a proof of concept for autonomous docking and battery transfer on field terrain, advancing its Technology Readiness Level (TRL) from 1 to 3.

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