Rigid grippers used in existing aerial manipulators require precise positioning to achieve successful grasps and transmit large contact forces that may destabilize the drone. This limits the speed during grasping and prevents "dynamic grasping", where the drone attempts to grasp an object while moving. On the other hand, biological systems (e.g., birds) rely on compliant and soft parts to dampen contact forces and compensate for grasping inaccuracy, enabling impressive feats. This paper presents the first prototype of a soft drone -- a quadrotor where traditional (i.e., rigid) landing gears are replaced with a soft tendon-actuated gripper to enable aggressive grasping. We provide three key contributions. First, we describe our soft drone prototype, including electro-mechanical design, software infrastructure, and fabrication. Second, we review the set of algorithms we use for trajectory optimization and control of the drone and the soft gripper; the algorithms combine state-of-the-art techniques for quadrotor control (i.e., an adaptive geometric controller) with advanced soft robotics models (i.e., a quasi-static finite element model). Finally, we evaluate our soft drone in physics simulations (using SOFA and Unity) and in real tests in a motion-capture room. Our drone is able to dynamically grasp objects of unknown shape where baseline approaches fail. Our physical prototype ensures consistent performance, achieving 91.7% successful grasps across 23 trials. We showcase dynamic grasping results in the video attachment.


翻译:用于现有航空操纵机的硬绑住器需要精确定位,以成功掌握和传递可能破坏无人驾驶飞机稳定的大型接触力。这限制了捕捉速度,并阻止了无人驾驶飞机试图在移动时抓住物体的“动力抓住”速度。另一方面,生物系统(如鸟类)依赖合规和软部件来抑制接触力,弥补获取不准确性能,从而获得令人印象深刻的飞跃。本文展示了软无人驾驶飞机的第一个原型 -- -- 一种传统(即僵硬)着陆装置被一个软式调节触控控制器取代,以便能够积极捕捉。我们提供了三个关键贡献。首先,我们描述了我们的软式无人驾驶飞机原型,包括电机械设计、软件基础设施和制造。第二,我们审视了我们用于轨道优化和控制无人驾驶飞机和软式控制器的一套算法;这些算法将州-艺术控制技术(即适应性地球测量控制器)与先进的软式机器人模型(即软性操纵器,即软性直控器控制器控制器)替换。最后,我们评估了我们的软性软性机器人模型(即,软性机的软性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性测试测试测试模型,在硬性硬性硬性硬性能测试模型,在我们的硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性能试试试试试试试制模,在性试制模,在

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