Control de Modo Deslizante Terminal No Singular Basado en Cuaterniones de un Cuadricóptero con un Brazo Deformable de Dos Grados de Libertad para Entornos Estrechos
Autores: Liao, Luwei; Yang, Zhong; Chen, Xu; Zhuo, Haoze; Xu, Hongyu; Xu, Nuo; Cheng, Danguo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Control de Modo Deslizante Terminal No Singular Basado en Cuaterniones de un Cuadricóptero con un Brazo Deformable de Dos Grados de Libertad para Entornos Estrechos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Multi-rotor
Capacidad de deformación
Quadrotor
Asignación de control
Control por modo deslizante
Cuaternión
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 4
Citaciones: Sin citaciones
Los multi-rotor convencionales con capacidad de deformación limitada no pueden satisfacer la capacidad de travesía en entornos complejos y estrechos. Para resolver los problemas mencionados, se propone un nuevo tipo de cuadricóptero deformable con un brazo de dos grados de libertad, llamado QTDA. En primer lugar, se presenta el diseño estructural general del QTDA y se analiza su estrategia de movimiento. En segundo lugar, se utilizan las ecuaciones de Newton-Euler basadas en un cuaternión para modelar la dinámica y cinemática omnidireccional del sistema. A continuación, para abordar el problema de control de múltiples actuadores, se desarrolla un método de asignación de control pseudo-inversa, junto con un análisis de las singularidades de la asignación de control. Además, se diseñan una ley de control de posición de modo deslizante terminal no singular y una ley de control de actitud de modo deslizante terminal no singular basadas en un cuaternión. Finalmente, se realizan simulaciones para verificar la efectividad de los métodos de control propuestos. Los resultados demuestran la capacidad del QTDA para atravesar entornos estrechos tanto horizontales como verticales, validando así la efectividad del enfoque presentado en este documento.
Descripción
Los multi-rotor convencionales con capacidad de deformación limitada no pueden satisfacer la capacidad de travesía en entornos complejos y estrechos. Para resolver los problemas mencionados, se propone un nuevo tipo de cuadricóptero deformable con un brazo de dos grados de libertad, llamado QTDA. En primer lugar, se presenta el diseño estructural general del QTDA y se analiza su estrategia de movimiento. En segundo lugar, se utilizan las ecuaciones de Newton-Euler basadas en un cuaternión para modelar la dinámica y cinemática omnidireccional del sistema. A continuación, para abordar el problema de control de múltiples actuadores, se desarrolla un método de asignación de control pseudo-inversa, junto con un análisis de las singularidades de la asignación de control. Además, se diseñan una ley de control de posición de modo deslizante terminal no singular y una ley de control de actitud de modo deslizante terminal no singular basadas en un cuaternión. Finalmente, se realizan simulaciones para verificar la efectividad de los métodos de control propuestos. Los resultados demuestran la capacidad del QTDA para atravesar entornos estrechos tanto horizontales como verticales, validando así la efectividad del enfoque presentado en este documento.