Traditional aerial vehicles are usually custom-designed for specific tasks. Although they offer an efficient solution, they are not always able to adapt to changes in the task specification, e.g., increasing the payload. This applies to quadrotors, having a maximum payload and only four controllable degrees of freedom, limiting their adaptability to the task's variations. We propose a versatile modular robotic system that can increase its payload and degrees of freedom by assembling heterogeneous modules; we call it H-ModQuad. It consists of cuboid modules propelled by quadrotors with tilted propellers that can generate forces in different directions. By connecting different types of modules, an H-ModQuad can increase its controllable degrees of freedom from 4 to 5 and 6. We model the general structure and propose three controllers, one for each number of controllable degrees of freedom. We extend the concept of the actuation ellipsoid to find the best reference orientation that can maximize the performance of the structure. Our approach is validated with experiments using actual robots, showing the independence of the translation and orientation of a structure.


翻译:传统航空飞行器通常是为特定任务定制的,虽然它们提供了高效的解决方案,但并不总是能够适应任务规格的变化,例如增加有效载荷。这适用于具有最大有效载荷和四个可控制的自由度的四度的四角三角体,限制其适应任务的变化。我们提议一个多功能模块式机器人系统,通过组合各种模块来增加其有效载荷和自由度;我们称之为H-ModQuad。它由带有倾斜螺旋桨、可在不同方向产生力的二次驱动器驱动的幼体组件组成。通过将不同类型的模块连接起来,H-ModQuad可以将其可控制的自由度从4到5和6提高到可控制度,我们为每个可控制的自由度建模三个控制器,每个可控制度各取一个。我们扩展了动作电子仪的概念,以找到最佳参考方向,使结构的性能最大化。我们的方法通过实验得到验证,用实际机器人进行验证,显示结构的翻译和方向的独立性。

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