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自主系统使用无人机帮助UGV攀登陡峭的悬崖

自主系统使用无人机帮助UGV攀登陡峭的悬崖

对于市场上大多数轮式机器人来说,陡峭的悬崖是一项挑战,但东京大学的研究人员表示,他们已经开发出一种双机器人框架,在测试中相当可靠。论文“UAV/UGV Autonomous Cooperation: UAV assists UGV to climb a cliff by attaching a tether”描述了一个无人机(在这种情况下是四轴飞行器)可以把一架无人驾驶地面载具拴在墙顶部和陡坡的锚上,让它不受阻碍地爬上去。

该论文的作者解释说,“我们提出了一种新型的无人驾驶飞行器(UAV)和无人驾驶地面载具(UGV)的合作系统,它不仅将无人机用作飞行传感器,而且还作为系绳连接装置,它增强了UGV的穿越能力,不仅提供了更大范围的空中扫描和测绘,而且还允许UGV通过系绳的缠绕来攀爬陡峭的地形。”

UGV通过机械绞盘和电缆永久连接到无人机,定制的四轴飞行器配有Nvidia Jetson TX2芯片组,飞行控制器和一系列传感器,包括模块化鱼眼摄像机,飞行时间传感器,惯性测量单元(IMU)和激光传感器。

为了估计它的方位并绘制出一条到锚点的无障碍路径,无人机轻敲IMU以执行一种称为视觉惯性测距法(VIO)的技术和一种预测控制模型,该模型可以向飞行控制器传递转动,俯仰,偏航率等等。

自主系统使用无人机帮助UGV攀登陡峭的悬崖

这两个机器人通过机器人操作系统(ROS)(一种开源机器人中间件)利用无线信息进行通信。ROS在UGV的车载计算机上运行,并将无人机收集的体素数据转换为网格地图,用于寻找合适的锚点并执行基本路径规划和悬崖检测。

研究人员最初考虑了一系列系绳连接方法,其中包括抓钩,一种让无人机探测并缠绕杆状结构的系绳缠绕技术,一种类似抓钩的抓取装置,一种插入地面的挂钩,以及抓钩和缠绕技术的混合。但他们最终选择了最后一种混合技术,因为它的机制简单,成功附着的几率很高。

在实验中,研究人员报告说,无人机的定位和位置控制足够好,可以完成一个完全自主的任务,并且UGV成功地攀爬了垂直墙和楼梯。此外,在现场测试中,他们说这两个机器人一起成功通过一个场地,探测到一个锚,将系绳连接到锚,然后攀爬悬崖,尽管在UGV缠绕到电缆中时发生了一些故障。

在未来的工作中,他们希望建立一个更智能的系绳张力控制系统和系绳感知规划,电源,系绳脱钩和通信系统。

论文:

arxiv.org/pdf/1903.04898.pdf

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