Transporte Cooperativo de UAV de Carga Suspendida por Cable a Dos Escalas de Tiempo: Un Enfoque de Oscilación Mínima
Autores: Costantini, Elia; de Angelis, Emanuele Luigi; Giulietti, Fabrizio
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Transporte Cooperativo de UAV de Carga Suspendida por Cable a Dos Escalas de Tiempo: Un Enfoque de Oscilación Mínima
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Estudio
Transporte cooperativo
Carga suspendida por cable
Vehículos aéreos no tripulados multirrotor
Ley de control no lineal
Geometría entre vehículos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio investiga el transporte cooperativo de una carga suspendida por cable mediante dos vehículos aéreos no tripulados (UAV) de múltiples rotores. Se desarrolla una ley de control no lineal compacta que permite simultáneamente (i) seguir una trayectoria de referencia lenta, (ii) mantener una geometría intervehicular prescrita y (iii) amortiguar activamente el balanceo de la carga. El modelo trata a los dos robots aéreos y la carga como tres masas puntuales conectadas por cables lineales-elásticos, y el controlador se obtiene a través de una formulación de Newton-Euler. Un análisis de perturbación singular muestra que, bajo condiciones modestas de separación de ganancias, el sistema en lazo cerrado es localmente estable de manera exponencial: las dinámicas rápidas gobiernan la retención de la formación y la supresión del balanceo, mientras que las dinámicas lentas tienen en cuenta el seguimiento de la trayectoria. La validación se realiza en un escenario de simulación realista que incluye vehículos de cuerpo rígido con seis grados de libertad, modelos de rotores basados en la teoría de elementos de palas y ruido de sensor. En comparación con un controlador de referencia estándar, el método propuesto mejora significativamente las cualidades de vuelo mientras minimiza las oscilaciones peligrosas de la carga. Debido a su conjunto de parámetros limitado y la ausencia de optimización pesada, el enfoque es fácil de ajustar y está bien adaptado para la implementación en tiempo real en UAV con recursos limitados.
Descripción
Este estudio investiga el transporte cooperativo de una carga suspendida por cable mediante dos vehículos aéreos no tripulados (UAV) de múltiples rotores. Se desarrolla una ley de control no lineal compacta que permite simultáneamente (i) seguir una trayectoria de referencia lenta, (ii) mantener una geometría intervehicular prescrita y (iii) amortiguar activamente el balanceo de la carga. El modelo trata a los dos robots aéreos y la carga como tres masas puntuales conectadas por cables lineales-elásticos, y el controlador se obtiene a través de una formulación de Newton-Euler. Un análisis de perturbación singular muestra que, bajo condiciones modestas de separación de ganancias, el sistema en lazo cerrado es localmente estable de manera exponencial: las dinámicas rápidas gobiernan la retención de la formación y la supresión del balanceo, mientras que las dinámicas lentas tienen en cuenta el seguimiento de la trayectoria. La validación se realiza en un escenario de simulación realista que incluye vehículos de cuerpo rígido con seis grados de libertad, modelos de rotores basados en la teoría de elementos de palas y ruido de sensor. En comparación con un controlador de referencia estándar, el método propuesto mejora significativamente las cualidades de vuelo mientras minimiza las oscilaciones peligrosas de la carga. Debido a su conjunto de parámetros limitado y la ausencia de optimización pesada, el enfoque es fácil de ajustar y está bien adaptado para la implementación en tiempo real en UAV con recursos limitados.