A multilinked structure can benefit aerial robots in terms of both maneuvering and manipulation owing to its ability of aerial transformation. A coplanar multilinked model was developed in our previous study. However, the maneuvering and manipulation performances of that model were limited owing to the weak controllability. Therefore, we adopt tilted propellers in this study to enhance controllability. The related design, modeling, and control method are developed to achieve stable hovering and transformation with tilted propellers. Further, state estimation which involves time synchronization between sensors and multilinked kinematics is also presented in this study to enable fully autonomous flight in outdoor environments. The experimental evaluation of the design, modeling, and control method is performed to verify stability during aerial transformation. While, various autonomous outdoor experiments including trajectory following, fast maneuvering for intercepting a target, object grasping for delivery, and blanket manipulation for firefighting are also performed to verify the versatility of the proposed robot platform. To the best of our knowledge, this is the first study of a multilinked aerial robot that can achieve fully autonomous flight and manipulation tasks in an outdoor environment. We also applied our platform in all challenges of the 2020 Mohammed Bin Zayed International Robotics Competition, and we ranked in the third place in Challenge 1 and in the sixth place in Challenge 3 internationally, thereby demonstrating the reliable flight performance in the fields.

中文翻译：

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具有倾斜螺旋桨的多功能多联空中机器人：自主飞行和操纵的设计、建模、控制和状态估计

由于其空中变换能力，多联结构可以在机动和操纵方面使空中机器人受益。在我们之前的研究中开发了一个共面多联模型。然而，该模型的操纵性能由于可控性较弱而受到限制。因此，我们在本研究中采用倾斜螺旋桨来增强可控性。开发了相关的设计、建模和控制方法，以实现倾斜螺旋桨的稳定悬停和变换。此外，本研究还介绍了涉及传感器和多链接运动学之间时间同步的状态估计，以实现在室外环境中的完全自主飞行。对设计、建模、并采用控制方法验证空中变换过程中的稳定性。同时，还进行了各种自主户外实验，包括轨迹跟踪、拦截目标的快速机动、物体抓取和灭火毯操作，以验证所提出的机器人平台的多功能性。据我们所知，这是第一次对可以在户外环境中实现完全自主飞行和操纵任务的多联空中机器人进行研究。我们还在2020年穆罕默德·本·扎耶德国际机器人大赛的所有挑战中应用了我们的平台，在国际挑战1中排名第三，在挑战3中排名第六，从而展示了可靠的飞行性能。还进行了各种自主户外实验，包括轨迹跟踪、拦截目标的快速机动、物体抓取和灭火毯操作，以验证所提出的机器人平台的多功能性。据我们所知，这是第一次对可以在户外环境中实现完全自主飞行和操纵任务的多联空中机器人进行研究。我们还在2020年穆罕默德·本·扎耶德国际机器人大赛的所有挑战中应用了我们的平台，在国际挑战1中排名第三，在挑战3中排名第六，从而展示了可靠的飞行性能。还进行了各种自主户外实验，包括轨迹跟踪、拦截目标的快速机动、物体抓取和灭火毯操作，以验证所提出的机器人平台的多功能性。据我们所知，这是首次对多联空中机器人进行研究，该机器人可以在户外环境中实现完全自主的飞行和操纵任务。我们还在2020年穆罕默德·本·扎耶德国际机器人大赛的所有挑战中应用了我们的平台，在国际挑战1中排名第三，在挑战3中排名第六，从而展示了可靠的飞行性能。还进行了灭火毯操作，以验证所提出的机器人平台的多功能性。据我们所知，这是第一次对可以在户外环境中实现完全自主飞行和操纵任务的多联空中机器人进行研究。我们还在2020年穆罕默德·本·扎耶德国际机器人大赛的所有挑战中应用了我们的平台，在国际挑战1中排名第三，在挑战3中排名第六，从而展示了可靠的飞行性能。还进行了灭火毯操作，以验证所提出的机器人平台的多功能性。据我们所知，这是第一次对可以在户外环境中实现完全自主飞行和操纵任务的多联空中机器人进行研究。我们还在2020年穆罕默德·本·扎耶德国际机器人大赛的所有挑战中应用了我们的平台，在国际挑战1中排名第三，在挑战3中排名第六，从而展示了可靠的飞行性能。