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Rotorcraft with a 3DOF Rigid Manipulator:Quaternion-based Modeling and Real-time control Tolerant to Multi-body Couplings

引用

International Journal of Automation and computing 2018年第5期15卷 547-558页

作者： J.Alvarez-Munoz N.Marchand J.F.Guerrero-Castellanos J.J.Tellez-Guzman J.Escareno M.Rakotondrabe Polytechnic Institute of Advanced Sciences FR 94200 ParisFrance Univ.Grenoble Alpes GIPSA-LabFR-38000 GrenobleFrance Autonomous University of Puebla(BUAP) Faculty of ElectronicsMX 72570 PueblaMexico University of Limoges ENSIL-ENSCI XLIM Laboratory UMR CNRS 7252Parc Ester Technopole16 rue AtlantisLimoges 87068France FEMTO-ST Institute UMR CNRS-UFC/ENSMM/UTBMAutomatic Control and Micro-Mechatronic DepartmentFR BesanconFrance

This paper proposes a simple solution for the stabilization of a mini-quadcopter carrying a 3DoF（degrees of freedom） manipulator robot in order to enhance its achievable workspace and application profile. Since the motion of the arm induces torques which degrade the stability of the system, in the present work, we consider the stabilization of both subsystems： the quadcopter and the robotic arm. The mathematical model of the system is based on quaternions. Likewise, an attitude control law consisting of a bounded quaternion-based feedback stabilizes the quadcopter to a desired attitude while the arm is evolving. The next stage is the translational dynamics which is simplified for control（nonlinear） design purposes. The aforementioned controllers are based on saturation functions whose stability is explicitly proved in the Lyapunov sense. Finally, experimental results and a statistical study validate the proposed control strategy.

关键词： Observer-based control quaternion and Newton-Euler modeling bounded-input control aerial manipulator disturbancerejection.

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