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 on 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. In this paper, we present the first aerial transportation and manipulation simulator incorporating different payloads and passive connection mechanisms with full system dynamics as well as planning and control algorithms. Furthermore, it includes a novel 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)具有帮助人类的潜力,简化和加快需要其与环境互动的复杂任务,如建筑、包装交付、搜索和救援等,从而简化和加快复杂的任务,从而帮助人类。这些系统由单车或多车组成,可以配有被动连接机制,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,因为它们往往没有起动,并且在非线性多功能配置空间上演进。此外,有电缆悬浮负荷的系统的复杂性,由于电缆不同紧张状况的混合动态而进一步增加。在本文件中,我们介绍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和操纵模拟器,具有全系统动态以及规划和控制等功能。此外,它还包括一个新型模型,用于对有电缆悬浮负荷的航空系统向近乎表面世界系统过渡的过渡动态进行会计核算。一个灵活和直观的界面进一步有助于其可用性和多功能性。将模拟和真实世界实验结果与与不同车辆配置的模拟和真实世界实验进行比较,显示其向实际部署和向世界的快速运输的过渡的准确性。

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