論文の概要: Effector-Centric NMPC of Tiltable-Multirotors for Offset-Free Omnidirectional Aerial Manipulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.17819v1
- Date: Tue, 18 Aug 2026 14:18:48 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-19 21:40:53.363286
- Title: Effector-Centric NMPC of Tiltable-Multirotors for Offset-Free Omnidirectional Aerial Manipulation
- Title（参考訳）: オフセット自由全方位空気マニピュレーションのためのTiltable-Multirotorのエフェクタ中心NMPC
- Abstract要約: 本研究は、空中操作における傾動式マルチローターの設計解析とレンチに基づく制御フレームワークを提案する。
4回転傾斜可能な構成は、干渉のないプロペラのサイズとホバリング効率のバランスを提供する。
本研究では,設計選択,ハンドリング,外乱補償を統合したエフェクタ中心の非線形モデル予測制御フレームワークを開発する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.325443556436436
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Aerial manipulation extends robotic operations to previously inaccessible aerial environments. Unlike arm-equipped aerial systems, tiltable-multirotors can directly generate six-degree-of-freedom wrenches through their flight bases, enabling both efficient movement and omnidirectional operation by tilting the thrust direction. This work presents a design analysis and a wrench-based control framework for tiltable-multirotors in aerial manipulation. We show that a four-rotor tiltable configuration provides a balance between interference-free propeller sizing and hovering efficiency across different attitudes, and its null-space redundancy is crucial for traversing singular configurations under physical constraints. We further show that an upward end-effector placement yields a favorable trade-off between geometric clearance and available wrench. To address disturbances, we propose a dual strategy consisting of a modified integral term for model error and an acceleration-based estimator for external wrenches. Building on these insights, we develop an effector-centric nonlinear model predictive control (NMPC) framework that integrates design choices, singularity handling, and disturbance compensation into a unified formulation. The proposed framework runs fully onboard at 100 Hz on a custom-built tiltable-quadrotor. Real-world experiments, including a 90-deg step cartwheel rotation, whiteboard pushing, and continuous 360-deg valve turning, demonstrate the feasibility of wrench-based omnidirectional manipulation with singularity traversal on a one-DoF-per-arm tiltable-quadrotor.
- Abstract（参考訳）: 航空操作は、ロボット操作を以前アクセス不能だった空気環境まで拡張する。
アームを装備した航空システムとは異なり、傾斜式マルチローターは飛行基地を通して6自由度レンチを直接生成することができ、推力方向を傾けることで効率的な移動と全方位操作の両方を可能にする。
本研究は、空中操作における傾動式マルチローターの設計解析とレンチに基づく制御フレームワークを提案する。
本研究では, 干渉フリープロペラサイズとホバリング効率のバランスを異なる姿勢で表し, そのヌル空間冗長性を物理的制約下での特異な構成のトラバースに欠かせないことを示す。
さらに、上向きの端エフェクター配置は、幾何学的クリアランスと利用可能なレンチとの間に良好なトレードオフをもたらすことを示す。
本研究では,モデル誤差に対する積分項の修正と,外部レンチに対する加速度に基づく推定器からなる二重戦略を提案する。
これらの知見に基づいて,設計選択,特異性ハンドリング,外乱補償を統一的な定式化に統合する,エフェクタ中心の非線形モデル予測制御(NMPC)フレームワークを開発した。
提案するフレームワークは、カスタムビルドされた傾斜可能なクアッドロータ上で、100Hzで完全に稼働する。
90度ステップのカートホイール回転、ホワイトボードの押圧、360度連続バルブ回転を含む実世界の実験は、1DF単位の傾動可能なクアッドロータ上の特異性トラバーサルによるレンチに基づく全方向操作の実現可能性を示した。
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