Spray Painting based on Large-Size Aerial Skeleton System : Implementation, Pose Optimization, Experiment

Abstract

This thesis proposes a novel aerial robotic system for spray-painting. PaintingLarge-size-Aerial-Skeleton-with-Distributed-Rotor-Actuation(P-LASDRA), which has 7-dof through 24 distributed rotors and 3-links, can generate wrench to all directions and is implemented as an automatic painting system. Apparatus for spray-painting is designed and implemented, with its reaction and influence on the underlying LASDRA system also analyzed. In addition, considering the feature of this robot system, a posture optimization method is proposed to optimize the pose of each link during the painting operation by adjusting the distance from the painting work surface, and it is confirmed through simulation that efficiency and stability are improved. Experiments are conducted and show the RMSE of end effector(1.2 cm, 1.54 degree). This system can be utilized as an efficient aerial robot to reduce painting expenditure and time than human laborer and to avert chemical inhalation accidents of laborer.

본 학위논문은 스프레이 도장을 위한 새로운 항공 로봇 시스템을 제안한다. 24개의 분산형 로터와 3개의 링크를 통해 7자유도를 가진 Painting-Large-size-AerialSkeleton-with-Distributed-Rotor-Actuation(P-LASDRA)은 모든 방향으로 렌치를 생성할 수 있으며 자동 도장 시스템이 구현하였다. 스프레이 도장을 위한 장치들을 설계 및 구현하고, 그 반작용과 LASDRA 시스템에 대한 영향도 분석한다. 또한, 이러한 로봇 시스템의 특성을 고려하여 도장 작업면과의 거리를 조절하여 도장 작업 시 각 링크의 자세를 최적화하는 방법을 제시하고, 시뮬레이션을 통해 효율성과 안정성이 향상됨을 확인하였다. 실험을 진행하여 end effector의 RMSE(1.2cm,1.54degree)를 보여준다. 이 시스템은 작업자보다 도장에 대한 비용과 시간을 줄이고 화학물질 흡입사고를 방지하는 효율적인 비행 로봇으로 활용될 수 있다