Low-cost autonomous Micro Aerial Vehicles (MAVs) have the potential to help humans by simplifying and speeding up complex tasks that require their interaction with the environment, such as construction, package delivery, and search and rescue. These systems, composed of single or multiple vehicles, can be endowed with passive connection mechanisms such as rigid links or cables to perform transportation and manipulation tasks. However, they are inherently complex since they are often underactuated and evolve in nonlinear manifold configuration spaces. In addition, the complexity of systems with cable-suspended load is further increased by the hybrid dynamics depending on the cables' varying tension conditions. This paper presents the first aerial transportation and manipulation simulator incorporating different payloads and passive connection mechanisms with full system dynamics, planning, and control algorithms. Furthermore, it includes a novel general model accounting for the transient hybrid dynamics for aerial systems with cable-suspended load to closely mimic real-world systems. The availability of a flexible and intuitive interface further contributes to its usability and versatility. Comparisons between simulations and real-world experiments with different vehicles' configurations show the fidelity of the simulator results with respect to real-world settings and its benefit for rapid prototyping and transitioning of aerial transportation and manipulation systems to real-world deployment.


翻译:低成本自主微型飞行器(MAV)有可能通过简化和加快需要其与环境互动的复杂任务来帮助人类,例如建筑、包装交付、搜索和救援等,从而简化和加快需要其与环境互动的复杂任务,从而帮助人类。这些系统由单一或多功能车辆组成,可以安装被动连接机制,例如固定的连接或电缆,以进行运输和操作任务。然而,它们本身就十分复杂,因为它们往往没有被激活,在非线性多功能配置空间中发展变化。此外,有电缆悬浮负荷的系统的复杂性因根据电缆的不同紧张条件而进一步增加。本文件介绍了第一台航空运输和操纵模拟器,其中含有不同有效载荷和被动连接机制的模拟器,具有完整的系统动态、规划和控制算法。此外,它还包括一个新的通用模型,用以计算具有电缆悬浮载负荷的航空系统中转混合动态,使其接近真实世界系统。提供灵活和直观的界面,进一步有助于其可用性和多功能性。与不同车辆配置的模拟和现实世界实验相比较,显示其快速过渡和向空中运输的格局,从而显示其快速过渡和向现实操作的格局。

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