Дрон-трансформер научили таскать коробки и крутить вентили

Японские инженеры научили новым навыкам дрон DRAGON с необычной конструкцией: он состоит из нескольких сегментов и может менять форму прямо в полете. Теперь дрон умеет поворачивать вентили, двигать предметы и захватывать груз, огибая его с двух сторон. Две статьи (1, 2) о разработке опубликованы в IEEE Robotics and Automation Letters и The International Journal of Robotics Research.

Практически все дроны-мультикоптеры имеют фиксированную в полете конструкцию, и лишь у некоторых из них можно складывать плечи с винтами, чтобы дрон занимал меньше места при переноске. Но есть и редкие исключения: прототипы динамических дронов, которые меняют форму прямо в полете. Как правило, это квадрокоптеры, которые в полете могут частично сложить плечи, чтобы пролететь через узкий проем.

В 2018 году японские инженеры создали еще более необычный аппарат под названием DRAGON (Dual-rotor embedded multilink Robot with the Ability of multi-deGree-of-freedom aerial transformatiON, многосегментный робот с парами роторов, множеством степеней свободы и возможностью трансформации в воздухе). Он состоит из нескольких сегментов, в каждом из которых есть по два винта. И сегменты, и винты могут поворачиваться, поэтому по сути DRAGON — это летающий манипулятор, который может принимать практически любую форму, в зависимости от текущей задачи: от вытянутой до кольца или даже спирали.

Создав необычную аппаратную платформу, инженеры продолжили проект, разрабатывая для дрона новые алгоритмы и обучая его новым навыкам. В двух статьях группа инженеров под руководством Модзю Чжао (Moju Zhao) рассказала и показала, как научила DRAGON взаимодействовать с предметами.

Чтобы научить дрон поворачивать вентили, инженеры оснастили его простым манипулятором — двумя стержнями. Подлетая к вентилю, дрон вставляет стержни в маховик и начинает поворачиваться, наклоняя роторы и меняя тем самым вектор тяги. Авторы разработали систему уравнений, позволяющую рассчитать оптимальную форму дрона для максимизации общего крутящего момента. На видео можно увидеть, как дрон успешно перекрывает вентили, расположенные под разным углом:

Помимо этого инженеры научили дрон двигать предметы, а также хватать их. Для второй задачи дрон выстраивается в кольцо и сжимает конечные сегменты. После того, как предмет захвачен, дрон с учетом текущей тяги и своего движения рассчитывает массу объекта и подстраивает тягу на всех винтах.

Примечательно, что дрон оказался способен удерживать в воздухе предметы массой до половины массы дрона: 3,4 килограмма при массе дрона 7,6 килограмма. Правда, время полета при этом составляет всего три минуты. Еще одно важное ограничение DRAGON заключается в том, что пока для отслеживания положения двигаемых предметов ему необходима внешняя система слежения и инфракрасные маркеры, поэтому его можно использовать лишь в специально оборудованных помещениях.

Ранее мы рассказывали о швейцарском дроне, который оснащен поворотными роторами, поэтому он может находиться в воздухе в любом положении.

Григорий Копиев