多机器人系统协作悬崖攀爬的制导、导航与控制

在小型机器人上应用 GNC 装置是一项改变游戏规则的技术，使这些机器人能够在低重力行星表面和小天体上移动。使用反作用轮使这些机器人能够滚动、跳跃、翻筋斗并停留在不稳定/倾斜表面上，而这是传统轮式机器人无法做到的。我们正在扩展该技术，使机器人能够攀爬地外峡谷、悬崖和洞穴。单个机器人可能会滑倒和跌落，然而，多机器人系统可通过使用弹簧系绳相互连接并像登山队一样协作，系统地攀爬斜坡。正如我们将在本文中展示的，多机器人系统可以攀爬单台机器人无法攀爬的表面。我们考虑一个由四台机器人组成、以“X”形构型用系绳互连的团队。每台机器人使用棘刺抓取执行器将自己固定在斜坡上，然后每台机器人依次通过爬行、滚动或跳跃沿斜坡向上移动。如果任一机器人失去抓握、滑倒或跌落，其余机器人由于已锚固将会将其拉住。这种用于悬崖攀爬的分布式控制方法使系统能够在可能时重新配置自身，并避免被困在一个难以到达的位置。相反，风险被分散，并且通过密切合作，机器人可以确定多条轨迹来攀爬悬崖或崎岖表面。在诸如小行星之类的毫重力表面上也能实现益处。跳跃过快可能导致机器人飞离表面进入太空。有多台机器人锚固在表面上可保持整个系统的安全。我们的工作结合了动力学与控制仿真，以评估我们方法的可行性。仿真结果显示了在真实机器人团队上进一步发展该技术的有前景途径。