Control de Torque Computado Geométrico Híbrido de un Cuadricóptero con un Brazo Robótico de 2 Grados de Libertad Adjunto
Autores: Barakou, Stamatina C.; Tzafestas, Costas S.; Valavanis, Kimon P.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Control de Torque Computado Geométrico Híbrido de un Cuadricóptero con un Brazo Robótico de 2 Grados de Libertad Adjunto
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Investigación
Método de control
Quadrotor
Manipulador
Dinámica
Controlador de par
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Esta investigación presenta un método de control de torque computado geométrico híbrido para un sistema de manipulación aérea compuesto por un UAV quadrotor y un manipulador planar de 2-DOF. El modelo dinámico del sistema completamente acoplado se deriva siguiendo la formulación de Euler-Lagrange (E-L). La arquitectura de control propuesta aprovecha el controlador geométrico proporcionado por el simulador RotorS como un módulo de seguimiento de trayectoria de quadrotor de alto nivel. Los comandos de referencia de seguimiento se generan utilizando el controlador de posición geométrico SE(3), que calcula las aceleraciones translacionales y angulares deseadas a partir de los errores de posición/velocidad y actitud/tasa angular, respectivamente, sirviendo como entrada al controlador de torque computado de bajo nivel que tiene en cuenta explícitamente la dinámica del sistema de manipulador aéreo acoplado de 8-DoF. El vector de aceleración generalizada deseada q¨des combina los comandos de aceleración translacional y rotacional del quadrotor con un comando de aceleración de junta basado en PD para el manipulador adjunto. El controlador de torque computado produce fuerzas generalizadas para el sistema acoplado, que se separan posteriormente en fuerzas y momentos del quadrotor y torques de junta del manipulador. Las fuerzas y momentos resultantes del quadrotor se mapean a velocidades de rotor utilizando la matriz de asignación de control estándar de RotorS, mientras que las juntas del manipulador se controlan a nivel de torque a través de controladores de esfuerzo integrados en ROS. Amplios experimentos simulados demuestran la efectividad del enfoque híbrido acoplado en comparación con estrategias de control desacopladas, mostrando mejoras significativas en la precisión de seguimiento y la respuesta dinámica.
Descripción
Esta investigación presenta un método de control de torque computado geométrico híbrido para un sistema de manipulación aérea compuesto por un UAV quadrotor y un manipulador planar de 2-DOF. El modelo dinámico del sistema completamente acoplado se deriva siguiendo la formulación de Euler-Lagrange (E-L). La arquitectura de control propuesta aprovecha el controlador geométrico proporcionado por el simulador RotorS como un módulo de seguimiento de trayectoria de quadrotor de alto nivel. Los comandos de referencia de seguimiento se generan utilizando el controlador de posición geométrico SE(3), que calcula las aceleraciones translacionales y angulares deseadas a partir de los errores de posición/velocidad y actitud/tasa angular, respectivamente, sirviendo como entrada al controlador de torque computado de bajo nivel que tiene en cuenta explícitamente la dinámica del sistema de manipulador aéreo acoplado de 8-DoF. El vector de aceleración generalizada deseada q¨des combina los comandos de aceleración translacional y rotacional del quadrotor con un comando de aceleración de junta basado en PD para el manipulador adjunto. El controlador de torque computado produce fuerzas generalizadas para el sistema acoplado, que se separan posteriormente en fuerzas y momentos del quadrotor y torques de junta del manipulador. Las fuerzas y momentos resultantes del quadrotor se mapean a velocidades de rotor utilizando la matriz de asignación de control estándar de RotorS, mientras que las juntas del manipulador se controlan a nivel de torque a través de controladores de esfuerzo integrados en ROS. Amplios experimentos simulados demuestran la efectividad del enfoque híbrido acoplado en comparación con estrategias de control desacopladas, mostrando mejoras significativas en la precisión de seguimiento y la respuesta dinámica.