طراحی کنترل‌کننده مد لغزشی در حضور اغتشاش باد برای یک سیستم بازیابی نوآورانه با نصب بازوی ماهر بر روی پرنده‌‌ی عمودپرواز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 استاد، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران

3 مربی، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران

چکیده

در این مقاله یک سیستم بازیابی نوآورانه با نصب بازوی ماهر روی یک پرنده‌‌ی عمودپرواز ارائه شده است. پس از قرار گرفتن پرنده در موقعیت مطلوب، بازوی ماهر، قلاب متصل به دو کابل را بلند کرده و به سمت محل بازیابی حرکت می‌‌دهد. سپس قلاب، محل بازیابی را گرفته و ربات از آن جدا می‌‌شود. با این کار پرنده‌‌ی عمودپرواز از طریق 2 کابل کم وزن، آویزان می‌‌شود. برای حل مشکل دینامیک کوپله‌‌ی سیستم بازو-عمودپرواز، اثرات دینامیک ربات به عنوان اغتشاش برای پرنده در نظر گرفته شده و با استفاده از ممنتوم خطی و زاویه‌‌ای، بر حسب تغییرات مرکز جرم و اینرسی بازوی ماهر، تخمینی از نیرو و گشتاور وارد بر پرنده، ارائه شده است. این سیستم باید در برابر اغتشاش باد، اثرات آیرودینامیکی نامطلوب و خطای پارامترها کارآمد باشد، بنابراین کنترلگر مدلغزشی فراپیچشی برای ردیابی مسیر پرنده‌‌ی عمودپرواز و ربات، طراحی و شبیه‌‌سازی شده است. نتایج شبیه‌‌سازی نشان می‌‌دهد که تخمین گشتاورهای ناشی از حرکت بازو به درستی انجام می‌‌شود. همچنین کنترلگر طراحی شده، عملکرد مطلوبی در ردیابی مسیر و کاهش اثرات اغتشاش ناشی از حرکت بازو را دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Prisacariu V., Pop S., and Cîrciu I., Recovery system of the multi-helicopter UAV, Review of the Air Force Academy, No. 1, pp. 91, 2016.
[2] Fiori L., Doshi A., Martinez E., Orams M. B., and Bollard-Breen B., The use of unmanned aerial systems in marine mammal research, Remote Sensing, Vol. 9, No. 6, pp. 543, 2017.
[3] Klausen K., Fossen T. I., and Johansen T. A., Autonomous recovery of a fixed‐wing UAV using a net suspended by two multirotor UAVs, Journal of Field Robotics, Vol. 35, No. 5, pp. 717-731, 2018.
[4]  Liu Y., Qi N., Yao W., Zhao J., and Xu S., Cooperative path planning for aerial recovery of a UAV swarm using genetic algorithm and homotopic approach, Applied Sciences, Vol. 10, No. 12, p. 4154, 2020.
[5]  Mellinger D., Lindsey Q., Shomin M., and Kumar V., Design, modeling, estimation and control for aerial grasping and manipulation, In IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems: IEEE, pp. 2668-2673, 2011.
[6]  Keemink A. Q., Fumagalli M., Stramigioli S., and Carloni R., Mechanical design of a manipulation system for unmanned aerial vehicles, in IEEE international conference on robotics and automation: IEEE, pp. 3147-315, 2,201.
[7]  Arleo G., Caccavale F., Muscio G., and Pierri F., Control of quadrotor aerial vehicles equipped with a robotic arm, in 21St mediterranean conference on control and automation: IEEE, pp. 1174-1180, 2013.
[8]  Xie Y. et al., Obstacle avoidance and path planning for multi-joint manipulator in a space robot, IEEE Access, Vol. 8, pp. 3511-3526, 2019.
[9]  Forte F., Naldi R., Macchelli A., and Marconi L., Impedance control of an aerial manipulator, in American Control Conference (ACC): IEEE, pp. 3839-3844, 2012.
[11] Jimenez-Cano A. E., Martin J., Heredia G., Ollero A., and Cano R., Control of an aerial robot with multi-link arm for assembly tasks, in IEEE International Conference on Robotics and Automation: IEEE, pp. 4916-4921, 2013.
]12[ جدید میلانی پ. و حامد م.، بررسی عملکرد کنترل کننده‌های مد لغزشی مرتبه اول و دوم در کنترل مسیر کوادروتور همراه با عدم قطعیت، مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 51، ش. 3، ص 25-34، 1400.
[13] Bellicoso C. D., Buonocore L. R., Lippiello V., and Siciliano B., Design, modeling and control of a 5-DoF light-weight robot arm for aerial manipulation, in 23rd Mediterranean Conference on Control and Automation (MED): IEEE, pp. 853-858, 2015.
[14] Caccavale F., Giglio G., Muscio G., and Pierri F., Adaptive control for UAVs equipped with a robotic arm, IFAC Proceedings Volumes, Vol. 47, No. 3, pp. 11049-11054, 2014.
[15] Siciliano B., Sciavicco L., Villani L., and Oriolo G., Robotics: Modelling, Planning and Control , pp. 39-103, 2009.
[16]  Zhang G., He Y., Dai B., Gu F., Han J., and Liu G., Robust Control of an Aerial Manipulator Based on a Variable Inertia Parameters Model, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 67, No. 11, pp. 9515-9525, 2019.
[17] Wittenburg J., Dynamics of Multibody Systems. Springer Science & Business Media, 2008.
[18] Jimenez-Cano A., Heredia G., Bejar M., Kondak K., and Ollero A., Modelling and control of an aerial manipulator consisting of an autonomous helicopter equipped with a multi-link robotic arm, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, Vol. 230, No. 10, pp. 1860-1870, 2016.
[19] Labbadi M. and Cherkaoui M., Novel robust super twisting integral sliding mode controller for a quadrotor under external disturbances, International Journal of Dynamics and Control, Vol. 8, No. 3, pp. 805-815, 2020.