Modular Multi-Rotors: From Quadrotors to Fully-Actuated Aerial Vehicles

要約

従来の航空機は特定のタスクを実行するための特有の特性を備えていますが、タスクに応じて適応できる多用途の航空機を設計することは依然として課題です。
モジュール性に基づいて、さまざまなタスク仕様に適応するように異種モジュールを再構成することで、ペイロード容量と作動自由度を向上できる航空ロボットシステムを提案します。
このシステムは、傾斜したローターを備えたクワローターによって推進される直方体モジュールで構成されています。
異なる作動特性を持つ 2 つのモジュール設計を紹介します。
さまざまなタイプのモジュールを組み立てることにより、H-ModQuad は、その構成に応じて作動自由度を 4 から 5、および 6 に増やすことができます。
作動楕円体の概念を拡張することにより、コントローラーが最大推力を最大化できる車両の車体フレームを見つけます。
私たちはポリトープを使用して車両の作動能力を表し、タスク要件に照らしてそれらを検査します。
私たちはモジュール式車両のダイナミクスを導き出し、可能なすべての作動自由度に適用する一般的な制御戦略を提案します。
この設計は、実際のロボットを使用したシミュレーションと実験によって検証され、モジュール式車両がさまざまな作動特性を提供することが示されています。

要約(オリジナル)

Traditional aerial vehicles have specific characteristics to perform specific tasks but designing a versatile vehicle that can adapt depending on the task is still a challenge. Based on modularity, we propose an aerial robotic system that can increase its payload capacity and actuated degrees of freedom by reconfiguring heterogeneous modules to adapt to different task specifications. The system consists of cuboid modules propelled by quadrotors with tilted rotors. We present two module designs with different actuation properties. By assembling different types of modules, H-ModQuad can increase its actuated degrees of freedom from 4 to 5 and 6 depending on its configuration. By extending the concept of actuation ellipsoids, we find the body frame of a vehicle with which the controller can maximize the maximum thrust. We use polytopes to represent the actuation capability of the vehicles and examine them against task requirements. We derive the modular vehicles’ dynamics and propose a general control strategy that applies for all possible numbers of actuated degrees of freedom. The design is validated with simulations and experiments using actual robots, showing that the modular vehicles provide different actuation properties.

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