Passive Aligning Physical Interaction of Fully-Actuated Aerial Vehicles for Pushing Tasks

要約

最近、非破壊検査 (NDT) アプリケーションで押し込みタスクを実行するための空中マニピュレーターの利用が大幅に増加しています。
このような操作には、航空ロボット システムと環境との間の物理的な相互作用が伴います。
複数の接触点を備えたエンドエフェクターは、検査対象の表面に接触して NDT センサーを配置するためによく使用されます。
接触を維持しながら NDT センサーと作業面の位置を調整するには、エンドエフェクターの先端で利用可能なすべての接触点が作業面に接触している必要があります。
標準のフルポーズ コントローラーでは、モデリングの不確実性、センサーのノイズ、環境の不確実性によって引き起こされる摂動により、姿勢エラーが発生することがよくあります。
たとえ小さな姿勢誤差でも、エンドエフェクタの先端と作業面との間の接触点が失われる可能性があります。
これらの不確実性の中でも完全なアライメントを維持するために、角運動制御を選択的に無効化し、特定の方向への直接的な力制御を可能にする制御戦略を提案します。
特に、ロボットが非能動的に制御される軸に沿った回転を通じて完全な位置合わせを達成し、平坦な作業面と受動的に位置合わせできるという、満たすべき 2 つの必須条件を導き出します。
さらに、これらの条件は、提案された制御方法を実用化するために効果的に統合するためのハードウェア設計および制御のガイドラインとして役立ちます。
制御設計とガイドラインの両方を検証するために、実際の実験が行われます。

要約(オリジナル)

Recently, the utilization of aerial manipulators for performing pushing tasks in non-destructive testing (NDT) applications has seen significant growth. Such operations entail physical interactions between the aerial robotic system and the environment. End-effectors with multiple contact points are often used for placing NDT sensors in contact with a surface to be inspected. Aligning the NDT sensor and the work surface while preserving contact, requires that all available contact points at the end-effector tip are in contact with the work surface. With a standard full-pose controller, attitude errors often occur due to perturbations caused by modeling uncertainties, sensor noise, and environmental uncertainties. Even small attitude errors can cause a loss of contact points between the end-effector tip and the work surface. To preserve full alignment amidst these uncertainties, we propose a control strategy which selectively deactivates angular motion control and enables direct force control in specific directions. In particular, we derive two essential conditions to be met, such that the robot can passively align with flat work surfaces achieving full alignment through the rotation along non-actively controlled axes. Additionally, these conditions serve as hardware design and control guidelines for effectively integrating the proposed control method for practical usage. Real world experiments are conducted to validate both the control design and the guidelines.

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