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Modeling and Controlling the Dynamic Behavior of an Aerial Manipulator
Fluctuation and Noise Letters ( IF 1.8 ) Pub Date : 2021-02-27 , DOI: 10.1142/s0219477521500449
Zain Anwar Ali 1 , Li Xinde 2
Affiliation  

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) installed with a gripper is an effective and robust way to grab the wanted object from inaccessible locations. In this study, we develop a novel control mechanism to regulate the nonlinear dynamics of the aerial manipulator. In this research, hex-rotor UAV is chosen in order to fulfill the mission requirement in terms of size and weight of the object. It is equipped with a manipulator and the gimbal-based camera that will help to see the desired object and then transport it. The aerial vehicle has six-degrees-of-freedom (6-DOF) and the installed manipulator has 4-DOF which in total makes the 10-DOF aerial manipulator vehicle. At the time of clutching the desired object to eliminate or reduce the external noise, and stabilize the dynamic behavior of the aerial manipulator, we need a robust and efficient controller. To solve the aforementioned problems, this study develops a hybrid control mechanism that tracks and controls the altitude and attitude of UAV after clutching the desired object. The main contribution of this study is to design a control mechanism that includes Model Reference Adaptive Control with an Integrator (MRACI) in conjunction with regulation, pole-placement and tracking (RST) control algorithm. On one hand, the simulation results using MATLAB demonstrate the efficiency of the proposed control mechanism. On the other hand, to cross verify the validity of the proposed control algorithm, we perform the experiment by clutching the desired object at hovering and normal flight operation.

中文翻译:

建模和控制空中机械手的动态行为

安装有抓手的无人驾驶飞行器 (UAV) 是一种从难以接近的位置抓取所需物体的有效且稳健的方式。在这项研究中,我们开发了一种新的控制机制来调节空中机械手的非线性动力学。在本研究中,选择六旋翼无人机是为了满足任务在物体尺寸和重量方面的要求。它配备了一个机械手和基于云台的摄像头,这将有助于看到所需的物体并进行运输。该飞行器具有六自由度(6-DOF),安装的机械手具有4-DOF,总共构成10-DOF空中机械手飞行器。在抓取目标物体以消除或降低外部噪声、稳定空中机械手的动态行为时,我们需要一个稳健高效的控制器。为解决上述问题,本研究开发了一种混合控制机制,可以在抓紧目标物体后跟踪和控制无人机的高度和姿态。本研究的主要贡献是设计了一种控制机制,其中包括带积分器的模型参考自适应控制 (MRACI) 以及调节、极点放置和跟踪 (RST) 控制算法。一方面,使用 MATLAB 的仿真结果证明了所提出的控制机制的效率。另一方面,为了交叉验证所提出的控制算法的有效性,我们通过在悬停和正常飞行操作时抓住目标物体来进行实验。本研究开发了一种混合控制机制,可以在抓住目标物体后跟踪和控制无人机的高度和姿态。本研究的主要贡献是设计了一种控制机制,其中包括带积分器的模型参考自适应控制 (MRACI) 以及调节、极点放置和跟踪 (RST) 控制算法。一方面,使用 MATLAB 的仿真结果证明了所提出的控制机制的效率。另一方面,为了交叉验证所提出的控制算法的有效性,我们通过在悬停和正常飞行操作时抓住目标物体来进行实验。本研究开发了一种混合控制机制,可以在抓住目标物体后跟踪和控制无人机的高度和姿态。本研究的主要贡献是设计了一种控制机制,其中包括带积分器的模型参考自适应控制 (MRACI) 以及调节、极点放置和跟踪 (RST) 控制算法。一方面,使用 MATLAB 的仿真结果证明了所提出的控制机制的效率。另一方面,为了交叉验证所提出的控制算法的有效性,我们通过在悬停和正常飞行操作时抓住目标物体来进行实验。极点放置和跟踪(RST)控制算法。一方面,使用 MATLAB 的仿真结果证明了所提出的控制机制的效率。另一方面,为了交叉验证所提出的控制算法的有效性,我们通过在悬停和正常飞行操作时抓住目标物体来进行实验。极点放置和跟踪(RST)控制算法。一方面,使用 MATLAB 的仿真结果证明了所提出的控制机制的效率。另一方面,为了交叉验证所提出的控制算法的有效性,我们通过在悬停和正常飞行操作时抓住目标物体来进行实验。
更新日期:2021-02-27
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