Quadrotor Manipulation System: Development of a Robust Contact Force Estimation and Impedance Control Scheme Based on DOb and FTRLS

要約

空中操作システムの研究は近年急速に増加しています。
これらのシステムは、その独自の機能により、幅広い用途にとって非常に魅力的です。
ただし、このようなシステムのダイナミクス、制御、および操作タスクは、非常に困難です。なぜなら、システムはもともと不安定で、非常に速いダイナミクスを持ち、強い非線形性があり、外乱以外にペイロードを運ぶことによるパラメータ変動の影響を非常に受けやすく、複雑な逆運動学を持っているためです。
。
さらに、操作タスクでは、エンドエフェクタの正確な位置決めだけでなく、エンドエフェクタの特定の力を推定する（適用する）ことも必要です。
したがって、この記事では、これらの問題に対処するために、ロバストな力推定とインピーダンス制御スキームを提案します。
この堅牢性は、Disturbance Observer (DOb) 技術に基づいて実現されています。
次に、追跡とパフォーマンスの低計算量の線形コントローラーが使用されます。
遠隔操作の目的では、接触力を特定する必要があります。
しかし、現在開発されている力推定技術には、力学を無視したり、環境接触の指標を要求したりすることに基づいているため、限界があります。
これらの手法とは異なり、DOb の線形化機能と高速追跡再帰最小二乗 (FTRLS) アルゴリズムに基づいた手法を提案します。
このようなシステムの複雑な逆運動学問題は、ヤコバン ベースのアルゴリズムによって解決されます。
提案されたスキームの安定性分析を示します。
このアルゴリズムは、インピーダンス制御に加えて、タスク空間参照軌道の追跡を実現するためにテストされます。
提案された手法の効率は数値シミュレーションによって明らかにされます。

要約(オリジナル)

The research on aerial manipulation systems has been increased rapidly in recent years. These systems are very attractive for a wide range of applications due to their unique features. However, dynamics, control and manipulation tasks of such systems are quite challenging because they are naturally unstable, have very fast dynamics, have strong nonlinearities, are very susceptible to parameters variations due to carrying a payload besides the external disturbances, and have complex inverse kinematics. In addition, the manipulation tasks require estimating (applying) a certain force of (at) the end-effector as well as the accurate positioning of it. Thus, in this article, a robust force estimation and impedance control scheme is proposed to address these issues. The robustness is achieved based on the Disturbance Observer (DOb) technique. Then, a tracking and performance low computational linear controller is used. For teleoperation purpose, the contact force needs to be identified. However, the current developed techniques for force estimation have limitations because they are based on ignoring some dynamics and/or requiring of an indicator of the environment contact. Unlike these techniques, we propose a technique based on linearization capabilities of DOb and a Fast Tracking Recursive Least Squares (FTRLS) algorithm. The complex inverse kinematics problem of such a system is solved by a Jacobin based algorithm. The stability analysis of the proposed scheme is presented. The algorithm is tested to achieve tracking of task space reference trajectories besides the impedance control. The efficiency of the proposed technique is enlightened via numerical simulation.

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