Studio e sperimentazione di un sistema di controllo per un manipolatore robotico aereo

This work aims to study, control and test a system composed by a quadrotor equipped with a robotic manipulator, in order to realize autonomous aerial manipulation tasks. For this purpuse the architecture necessary to carry out the experimental tests is designed and realized. The problem of state estimation of the system is analyzed. A camera with an image analysis software is used as position sensor. The algorithm is validated and used for autonomous flight purpose. The problem of the control of the single subsystems, quadrotor and robotics arm, is then studied. The performance are tested on the real systems. Moreover the problem of the environment interaction is faced ,and an impedance controller for the aerial manipulator is proposed. In particular the impedance control is integrated with a pre-existing centralized control and validated in simulation. Finally the estimation of the characteristic parameters of the system are estimated during experimental tests.

La presente tesi ha come obiettivo lo studio, il controllo e la sperimentazione di un sistema composto da un quadricottero equipaggiato con un manipolatore robotico per realizzare compiti di manipolazione aerea autonoma. A tale scopo viene progettata e realizzata l'architettura necessaria ad effettuare le prove sperimentali. Si studia il problema di stima della stato del sistema, utilizzando una telecamera come sensore di misura di posizione e un software di riconoscimento di marker posti nell'ambiente di lavoro; si effettua la validazione del metodo e la sperimentazione in volo autonomo. Si tratta quindi il controllo dei singoli sistemi, quadricottero e manipolatore robotico, testandone le prestazioni ottenute sul sistema reale. Infine si studia il problema dell'interazione con l'ambiente, proponendo un controllo d'impedenza per il manipolatore aereo integrato con un controllo centralizzato pre-esistente e se ne testano le prestazioni in simulazione. Sono state effettuate anche prove sperimentali per la stima dei parametri caratteristici del sistema.