Um robô aéreo que pode controlar independentemente sua própria posição e orientação

Veículos aéreos não tripulados (UAVs), comumente conhecidos como drones, agora são usados ​​para capturar imagens e realizar uma ampla gama de missões em ambientes externos. Embora existam agora vários projetos de UAV com diferentes vantagens e características, a maioria dos robôs aéreos convencionais são subatuados, o que significa que eles têm menos atuadores independentes do que seus graus de liberdade (DoF).

Sistemas subatuados são frequentemente mais econômicos e podem ser controlados usando estratégias de controle mais simples do que sistemas superatuados (ou seja, robôs que têm atuadores mais independentes do que seu DoF). No entanto, eles são frequentemente menos confiáveis ​​e não tão capazes de controlar precisamente sua posição e orientação.

Pesquisadores da Basque Research and Technology Alliance (BRTA) da Tecnalia na Espanha desenvolveram recentemente um novo robô aéreo superacionado que pode controlar independentemente a posição e a orientação de seu corpo principal. Este robô, introduzido em um artigo publicado em Robótica e Sistemas Autônomospossui quatro quadricópteros que sustentam cooperativamente seu corpo central.

“Nosso artigo recente foi inspirado pela necessidade de expandir os limites dos UAVs além das tarefas de observação passiva, para ajudar a automatizar tarefas que atualmente são perigosas ou caras, como trabalho em altura ou em locais remotos”, disse Imanol Iriarte, coautor do artigo, à TechXplore. “Buscamos desenvolver um sistema que pudesse interagir ativamente com seu ambiente, realizando tarefas como transporte de carga, construção cooperativa, inspeção baseada em contato ou manutenção de infraestruturas.”

O objetivo principal do trabalho recente de Iriarte e seus colegas na Tacnalia era projetar um robô aéreo com vários atuadores contribuindo para a geração de seu impulso, que pudesse controlar independentemente a posição e a orientação de seu corpo central. O robô que eles desenvolveram consiste em um corpo principal conectado a quatro quadricópteros por meio de juntas universais passivas.

“Os quadricópteros carregam cooperativamente o corpo principal, o que permite o controle independente dos seis graus de liberdade do corpo principal, permitindo que o robô execute manobras complexas e interaja com seu ambiente de uma forma mais hábil”, explicou Iriarte. “As principais vantagens do nosso sistema são sua alta autoridade de controle, sua capacidade de decolar e pousar em superfícies inclinadas e suas capacidades de vetorização de empuxo.”

Além do robô aéreo, os pesquisadores também desenvolveram um algoritmo de controle ad-hoc que converte as posições e orientações solicitadas do corpo principal em comandos de velocidade angular para as 16 hélices do robô. Este algoritmo também rejeita eficientemente perturbações externas, aprimorando ainda mais o controle do robô.

“Nosso robô aéreo pode rastrear autonomamente os seis graus de liberdade de seu corpo principal usando apenas mecanismos passivos, um feito que é inerentemente inviável para multirrotores subatuados convencionais”, disse Iriarte. “As aplicações práticas do robô podem ser numerosas, incluindo transporte de carga, construção cooperativa, inspeção baseada em contato ou manutenção de infraestruturas.”

Iriarte e seus colegas avaliaram até agora seu robô em uma série de testes realizados tanto em simulação quanto em um ambiente externo do mundo real. Eles descobriram que seu robô poderia rastrear autonomamente os 6 DoF de seu corpo central, o que é inatingível por UAVs convencionais.

No futuro, o robô dos pesquisadores poderá ser melhorado ainda mais e testado em uma gama mais ampla de ambientes do mundo real. Eventualmente, ele poderá ser usado para enfrentar várias missões complexas que exigem controle e rastreamento de alta precisão.

“Nos próximos estudos, pretendemos aumentar o nível de autonomia do robô e melhorar o desempenho e a robustez do sistema, além de estudar variações da arquitetura mais adequadas a tarefas específicas”, acrescentou Iriarte.

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