带机械手的旋翼飞行机器人的稳定飞行控制

项目名称： 带机械手的旋翼飞行机器人的稳定飞行控制

项目编号： No.61503172

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2016

项目学科： 自动化技术、计算机技术

项目作者： 陈阳

作者单位： 龙岩学院

项目金额： 18万元

中文摘要： 加装机械手是拓展旋翼飞行机器人应用范围的一个重要手段。机械手的动态动作给旋翼飞行机器人的动力学特性带来了影响，因此关于此类飞行机器人系统的稳定控制是国际知名研究机构最近几年的一个研究热点。本项目将基于带机械手旋翼飞行机器人的工作情景，围绕机械手/旋翼飞行机器人复杂系统动力学模型及稳定飞行控制两大关键科学问题，重点开展两种不同假设下的系统动力学建模、姿态稳定控制器性能与机械手重心的位置及抓取物的重量之间的关系和航迹稳定跟踪控制方法研究，提出基于牛顿-欧拉方程与参数辨识相结合的建模方法、变载荷旋翼飞行机器人姿态稳定控制器设计和基于李雅普诺夫稳定性理论及非线性优化技术的旋翼飞行机器人对空间典型预定航迹的稳定跟踪控制方法。最后将设计一个分层结构的稳定飞行控制器，整合基于模型的内环姿态稳定控制器及外环航迹自适应稳定跟踪器，通过半物理仿真与实际飞行试验对系统进行验证。

中文关键词： 旋翼飞行机器人；机械手；动力学建模；稳定控制；航迹跟踪

英文摘要： A rotorcraft flying robot equipped with a manipulator will extend its application. However, the dynamic action of the manipulation will influence the dynamics of the flying robot deeply. So the stable control of this type of flying robot is attracting the researchers recently. Based on the working scene of the flying rotot with a manipulator, it focous on two important scientific problems: the dynamics modeling of the robotic system and its stable fligh control. This proposed project will research the dynamics modeling under two differernt assumptions,the performance of the stable controller with respect to the position of the center of gravity of the mainpulator and the weight of the object, the stable trajcetory tracking controller design method. The project presents the modeling method with the combination of the Newton-Euler equation and parameters identification technique, the attitude stable controller design for the variable rotorcraft flying robot and the stable tajectory traking controller based on the Lyapunov stability theory and the nonlinear optimization technology. Finally, a hierarchical cotrol structure combined of a model-based inner loop attitude stabilizer and an outer loop path tracking controller will be used to realize the stable flight control of the robotic system in three-dimensional space through the hardware-in-the-loop simulation and flight tests.

英文关键词： rotorcraft flying robot;manipulator;dynamic modeling;stable control;trajectory tracking