Aerial Assistive Payload Transportation Using Quadrotor UAVs with Nonsingular Fast Terminal SMC for Human Physical Interaction

要約

この論文では、人間の誘導と物理的相互作用を通じた協調ペイロード輸送タスクにおける支援装置として、作動不足のクアローター無人航空機 (UAV) を利用する新しいアプローチを紹介します。
提案されたシステムは、輸送されるペイロードにしっかりと接続された、作動が不十分な 2 台の UAV で構成されています。
このタスクには、人間と UAV が協力してペイロードを輸送および操作することが含まれます。
目標は、人間の作業負荷を軽減し、人間のオペレーターと航空機の間のシームレスな対話を可能にすることです。
アドミタンス非特異高速ターミナル スライディング モード コントロール (NFTSMC) は、人間のオペレーターによってペイロードに加えられる力が航空機の動作を決定するタスクの実行中にシステムを制御し、漸近的に安定させるために採用されています。
提案されたコントローラーの安定性は、リアプノフ解析を使用して確認されます。
ペイロード輸送タスクを支援する際の提案されたコントローラーの堅牢性と有効性を検証するために、MATLAB、ロボット オペレーティング システム (ROS)、および Gazebo を使用して広範なシミュレーション研究が実施されました。
結果は、直観的な人間誘導制御によるペイロード輸送のための補助装置としてクワッドローター UAV を利用する実現可能性と潜在的な利点を示しています。
キーワード ペイロード協調搬送、アドミタンス制御、スライディングモード制御、クアドロタ制御

要約(オリジナル)

This paper presents a novel approach to utilizing underactuated quadrotor Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) as assistive devices in cooperative payload transportation task through human guidance and physical interaction. The proposed system consists of two underactuated UAVs rigidly connected to the transported payload. This task involves the collaboration between human and UAVs to transport and manipulate a payload. The goal is to reduce the workload of the human and enable seamless interaction between the human operator and the aerial vehicle. An Admittance-Nonsingular Fast Terminal Sliding Mode Control (NFTSMC) is employed to control and asymptotically stabilize the system while performing the task, where forces are applied to the payload by the human operator dictate the aerial vehicle’s motion. The stability of the proposed controller is confirmed using Lyapunov analysis. Extensive simulation studies were conducted using MATLAB, Robot Operating System (ROS), and Gazebo to validate robustness and effectiveness of the proposed controller in assisting with payload transportation tasks. Results demonstrates feasibility and potential benefits utilizing quadrotor UAVs as assistive devices for payload transportation through intuitive human-guided control. Keywords Cooperative payload transportation, Admittance control, Sliding mode control, Quadrotor control

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