Modelado Físico y Control Híbrido Basado en Datos para Sistemas de Carga Suspendida por Cable con Cuadricóptero y Brazo Robótico
Autores: Lu, Lu; Xiao, Qihua; Zhou, Shikang; Wang, Xinhai; Meng, Yunhe
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Modelado Físico y Control Híbrido Basado en Datos para Sistemas de Carga Suspendida por Cable con Cuadricóptero y Brazo Robótico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Investiga
Quadrotor
Brazos robóticos
Carga suspendida por cable
Metodología de control
Modelo lagrangiano
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este trabajo investiga un quadrotor equipado con brazos robóticos de doble etapa y una carga suspendida por cable, desarrollando una metodología unificada para el modelado y control. Un modelo lagrangiano de 10 grados de libertad captura el acoplamiento vehículo-brazo-carga a través de matrices de masa estructuradas. Una arquitectura de control jerárquica combina la regulación de actitud basada en SO(3) con la compensación de oscilaciones cooperativas mediante la linealización parcial de retroalimentación, aprovechando las matrices de acoplamiento para distribuir el control entre la plataforma y los actuadores del brazo. La precisión del modelo se mejora a través de la identificación de sistemas informada por la física, logrando una mejor correlación de predicción con correcciones acotadas. El análisis de Lyapunov establece estabilidad práctica semi-global con límites de robustez explícitos. Simulaciones de alta fidelidad en MuJoCo demuestran una reducción de oscilaciones del 40-70% en comparación con el control PD en múltiples escenarios, con una baja sobrecarga computacional a tasas de control a nivel de kHz, lo que lo hace adecuado para implementación embebida. El marco proporciona una base teórica y pautas de implementación para sistemas de manipulación aérea cooperativa.
Descripción
Este trabajo investiga un quadrotor equipado con brazos robóticos de doble etapa y una carga suspendida por cable, desarrollando una metodología unificada para el modelado y control. Un modelo lagrangiano de 10 grados de libertad captura el acoplamiento vehículo-brazo-carga a través de matrices de masa estructuradas. Una arquitectura de control jerárquica combina la regulación de actitud basada en SO(3) con la compensación de oscilaciones cooperativas mediante la linealización parcial de retroalimentación, aprovechando las matrices de acoplamiento para distribuir el control entre la plataforma y los actuadores del brazo. La precisión del modelo se mejora a través de la identificación de sistemas informada por la física, logrando una mejor correlación de predicción con correcciones acotadas. El análisis de Lyapunov establece estabilidad práctica semi-global con límites de robustez explícitos. Simulaciones de alta fidelidad en MuJoCo demuestran una reducción de oscilaciones del 40-70% en comparación con el control PD en múltiples escenarios, con una baja sobrecarga computacional a tasas de control a nivel de kHz, lo que lo hace adecuado para implementación embebida. El marco proporciona una base teórica y pautas de implementación para sistemas de manipulación aérea cooperativa.