Unmanned aerial vehicles are rapidly evolving within the field of robotics. However, their performance is often limited by payload capacity, operational time, and robustness to impact and collision. These limitations of aerial vehicles become more acute for missions in challenging environments such as subterranean structures which may require extended autonomous operation in confined spaces. While software solutions for aerial robots are developing rapidly, improvements to hardware are critical to applying advanced planners and algorithms in large and dangerous environments where the short range and high susceptibility to collisions of most modern aerial robots make applications in realistic subterranean missions infeasible. To provide such hardware capabilities, one needs to design and implement a hardware solution that takes into the account the Size, Weight, and Power (SWaP) constraints. This work focuses on providing a robust and versatile hybrid platform that improves payload capacity, operation time, endurance, and versatility. The Bi-modal Aerial and Terrestrial hybrid vehicle (BAXTER) is a solution that provides two modes of operation, aerial and terrestrial. BAXTER employs two novel hardware mechanisms: the M-Suspension and the Decoupled Transmission which together provide resilience during landing and crashes and efficient terrestrial operation. Extensive flight tests were conducted to characterize the vehicle's capabilities, including robustness and endurance. Additionally, we propose Agile Mode Transfer (AMT), a transition from aerial to terrestrial operation that seeks to minimize impulses during impact to the ground which is a quick and simple transition process that exploits BAXTER's resilience to impact.


翻译:无人驾驶航空飞行器在机器人领域迅速发展,但其性能往往受到有效载荷能力、操作时间以及撞击和碰撞的稳健性的限制。航空飞行器的这些局限性对于在具有挑战性的环境中执行任务的特派团来说更为严重,例如地下结构,可能需要在有限空间进行扩展的自主操作。虽然空中机器人软件解决方案正在迅速开发,但硬件的改进对于在大型和危险环境中应用先进的规划和算法至关重要,因为在这些环境中,最现代航空机器人的短射程和极易发生碰撞,使现实的地下飞行任务无法应用。为了提供这种硬件能力,需要设计和实施一种考虑到规模、重量和电力(SWAP)限制的硬件解决方案。这项工作侧重于提供一种强大和多功能的混合平台,以提高有效有效载荷能力、运行时间、耐久性和多功能性。双式空中和地面混合飞行器(BAXTER)是一种解决方案,提供了两种简单的操作模式,即空中和地面飞行任务应用。BAXTER使用两种新型硬件机制:M-暂停和低压式硬性硬性硬件,考虑到规模、轻重度和电力(S-DUBA)的过渡,在地面上和空中作业期间提供有效的空中作业和空中作业的快速过渡能力。

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