Швейцарские инженеры дополнили разработанный ими ранее всенаправленный дрон дельта-манипулятором и научили их работать вместе так, чтобы конец манипулятора всегда оставался на одном месте независимо от положения дрона и внешних воздействий.

Статья о разработке опубликована в IEEE Robotics and Automation Letters.

Мультикоптеры различаются между собой количеством винтов и более мелкими особенностями, но практически у всех них либо полностью статичная конструкция, либо раскладные плечи, но даже у них после раскладывания винты статичны. Для стабилизации и маневров такие дроны меняют распределение тяги между винтами. Например, если квадрокоптеру нужно полететь вперед, он уменьшает тягу на передних винтах и увеличивает на задних. Благодаря этому конструкция получается простой, надежной и недорогой, но у нее есть и недостатки: такой принцип управления имеет низкую эффективность, а также хуже аналогов справляется с боковыми вмешательствами.

У статичных мультикоптеров есть слабо распространенная альтернатива — дроны с поворотными роторами. Один из таких аппаратов в 2019 году представили швейцарские инженеры. Визуально дрон похож на обычный додекакоптер — у него шесть плеч с двумя противонаправленными винтами на каждом. Но, в отличие от других аппаратов, каждая пара винтов может поворачиваться. Это дает дрону гораздо большую маневренность и возможность находиться в почти любом положении. Например, в прошлом году инженеры показали, как дрон «ездит» по воздуху подобно колесу.

В новой работе группа инженеров из Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Роланда Зигварта (Roland Siegwart) оснастила дрон дельта-механизмом и научила их работать в паре. Дельта-механизм или дельта-робот — это простая конструкция с тремя рычагами, объединенными на концах. В их основании установлены электромоторы, управляя поворотом которых можно двигать конец механизма в нужную точку пространства.

Для синхронизации движений дрона и дельта-механизма, разработчики создали модель, описывающую их конструкцию, доступный для движения объем и прочие параметры. Эта модель позволяет связывать между собой положение конца манипулятора в пространстве и команды, передаваемые на электромоторы дрона и манипулятора.

Разработчики проверили эффективность модели управления, очертив в воздухе фигуры концом манипулятора. Например, в одном из экспериментов дрон с активным управлением манипулятором смог прочертить в воздухе куб:

Karen Bodie et al. / IEEE Robotics and Automation Letters, 2021