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Please use this identifier to cite or link to this thesis: http://hdl.handle.net/10589/131558

Author: ROSSI, ROBERTO
Supervisor: ROCCO, PAOLO
Coordinator: BONARINI, ANDREA
Tutor: BASCETTA, LUCA
Department : DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA, INFORMAZIONE E BIOINGEGNERIA
PhD course: INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE / INFORMATION TECHNOLOGY
PhD course and area: Systems and Control
Cycle: 29
Scientific Disciplinary Sector: ING-INF/04 AUTOMATICA
Date: 2-Feb-2017
Title: Control of an nnmanned aerial vehicle equipped with a robotic arm
Italian abstract: La possibilità dei robot di localizzarsi e muoversi autonomamente in ambiente terrestre, marino e aereo ha aperto un ambio spettro di nuove applicazioni in campo industriale, nella robotica di servizio, e nelle attività di ricerca e soccorso. In particolare, la notevole crescita della robotica aerea dell’ultimo decennio ha creato le fondamenta per la nascita di un nuovo ambito della ricerca in campo robotico, la manipolazione aerea. L’incremento delle capacità di carico e agilità dei veicoli aerei, congiuntamente allo sviluppo di bracci robotici più leggeri e di dimensioni ridotte, ha permesso lo sviluppo di nuovi sistemi robotici, composti da un veicolo aereo e un manipolatore articolato. Nonostante le potenzialità della manipolazione aerea siano state evidenziate da prime promettenti dimostrazioni, diverse sfide tecnologiche e scientifiche nel campo della percezione e localizzazione, pianificazione e controllo del moto, richiedono ulteriori studi. La presente tesi si propone di aumentare il grado di autonomia e migliorare le prestazioni di controllo di un sistema robotico aereo, composto da un quadricottero e un braccio robotico. Viene infatti proposta una strategia di controllo per la stabilizzazione del sistema, tenendo in considerazione l’accoppiamento dinamico del veicolo aereo, sotto-attuato, con il braccio robotico. Inoltre, la ridondanza cinematica del sistema viene risolta con due distinti metodi di generazione di traiettoria, sulla base di tecniche di ottimizzazione vincolata. Infine viene fornito un contributo nell'ambito della stima dello stato della robotica aerea, e nell’ambito del controllo di interazione con l’ambiente.
English abstract: Robots ability to autonomously move in the terrain, underwater and aerial domains opened a large number of new applications in industry, service robotics and search and rescue activities. In particular, the impressive growth of aerial robotics during the last decade paved the way to the birth and subsequent development of the new research field of aerial manipulation. The improvement of payload capacity and dexterity of aerial vehicles, in conjunction with advances in the design of light-weight arms, enabled the conception of flying robots equipped with articulated manipulators. Although first demonstrations of aerial manipulation activities are promising, this research field is still characterized by low maturity, and several open research challenges in the areas of perception, control and planning require further investigation. The present thesis aims at increasing the degree of autonomy and improving the control performance of an aerial robot composed of a quadrotor equipped with a robotic manipulator underneath. To this end, a stability control strategy which tackles the coupling dynamics of the under-actuated flying base with the robotic arm is developed. Moreover, the intrinsic kinematic redundancy of the system is exploited with two different optimization-based trajectory generation methods, in order to accomplish prescribed tasks while satisfying given constraints. Finally, contributions in the fields of the state estimation of the aerial systems and the control of interaction with the external environment are provided.
Italian keywords: manipolazione aerea; controllo di robot; generazione di traiettoria; ottimizzazione; robotica aerea; veicoli autonomi
English keywords: aerial manipulation; robot control; trajectory generation; optimization; aerial robotics; autonomous vehicles
Language: eng
Publisher: Politecnico di Milano
Type of document: Tesi di dottorato
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