Analysis, Modelling and Nonlinear Control of a Novel Aerial Manipulator

Νίκου, Αλέξανδρος; Nikou, Alexandros

dc.contributor.author	Νίκου, Αλέξανδρος	el
dc.contributor.author	Nikou, Alexandros	en
dc.date.accessioned	2015-03-06T09:13:20Z
dc.date.available	2015-03-06T09:13:20Z
dc.date.issued	2015-03-06
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40400
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.3726
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Robotics	en
dc.subject	Aerial Manipulation	en
dc.subject	Kinematics	en
dc.subject	Dynamics	en
dc.subject	Ρομποτική	el
dc.subject	Εναέριος Ρομποτικός Χειρισμός	el
dc.subject	Κινηματική Ανάλυση	el
dc.subject	Δυναμική Ανάλυση	el
dc.subject	Μη Γραμμικός Έλεγχος	el
dc.title	Analysis, Modelling and Nonlinear Control of a Novel Aerial Manipulator	en
dc.title	Ανάλυση, Μοντελοποίηση και Μη Γραμμικός Έλεγχος ενός Ιπτάμενου Ρομποτικού Χειριστή	el
dc.contributor.department	Control Systems Lab	el
heal.type	masterThesis	el
heal.classification	Nonlinear control theory	en
heal.classification	Mathematical models	el
heal.classification	Dynamics	el
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh90000979
heal.classificationURI	http://skos.um.es/unescothes/C02435
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85040316
heal.language	en	el
heal.access	free	el
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2014-09-25
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια μια σημαντική επιστημονική ερευνητική προσοχή έχει παρατηρηθεί στον τομέα της εναέριας ρομποτικής ως προς την κατεύθυνση του εναέριου ρομποτικού χειρισμού και τη συνεργασία σε δυναμικά περιβάλλοντα. Σε αυτό το πλαίσιο, ενας νέος και καινοτόμος ρομποτικός χειριστής πρόκειται να κατασκευαστεί στο Εργαστήριο Αυ- τομάτου Ελέγχου στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Το προτεινόμενο ολοκληρωμένο σύστημα αποτελείται από εφτά κινητήρες και ενα τελικό στοιχείο δράσης το οποίο έχει την δυνατότητα να επικοινωνεί με το περιβαλλον και να ασκεί επιθυμητές δυνάμεις και ροπές. Ο μηχανολογικός σχεδιασμός του συστήματος μελετήθηκε στην εργασία [2 ]. Συνεχίζοντας αυτήν την έρευνα, στην παρούσα εργασία μελετήθηκε λεπτεμερώς το δι- αφορικό κινηματικό μοντέλο του συστήματος, μέσω του οποίου συσχετίζονται οι ταχύτητες του τελικού σημείου δράσης με τις αντίστοιχες του βασικού σωματόδετου πλαισίου. Μελετήθηκαν τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του συστήματος καθώς και η δυναμική ανάλυση ώστε να περιγραφεί με ένα μαθηματικό μοντέλο η κίνηση του προτεινόμενου συστήματος στον Καρτεσιανό χώρο δράσης. Στη συνέχεια ένα στατικό δυναμικό μοντέλο εισάγεται ώστε να περιγραφεί η μαθηματική σχέση που συνδέει της αλληλεπίδραση του συστήματος με το περιβάλλον. Λαμβάνοντας όλα τα προηγούμενα υπόψιν, ένας μη γραμμικός εύρωστος προσαρμοστικός ελεγχτής μέσω αλγορίθμου οπισθοδρόμησης σχεδιάστηκε έτσι ώστε να εγγυηθεί η ευρ- ωστία και η ευστάθεια του συστήματος ενάντια στην παρουσία σφαλμάτων ενεργοποίησης από τους κινητήρες, τις δυνάμεις και ροπές που είναι ανέφικτο να μοντελοποιηθούν καθώς και τις εξωτερικές διαταραχές που επιδρούν στο σύστημα. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν εκτενείς αριθμητικές προσομοιώσεις στο περιβάλλον προ- γραματισμού του Matlab έτσι ώστε να επιβεβαιωθούν τα θεωρητικά αποτελέσματα της ερ- γασίας και να αποδειχθεί η αποδοτικότητα του προτεινόμενου συστήματος καθώς και του ελεγχτή. Τέλος, δημιουργήθηκαν animation video με στόχο την καλύτερη παρατήρηση της γραφικής κίνησης και του ελέγχου του καινοτόμου συστήματος σε προβλήματα στα- θεροποίησης και παρακολούθησης επιθυμητών τροχιών.	el
heal.abstract	Over the last years a significant scientific research attention has been observed in the aerial robotic field towards aerial manipulation and cooperation in dynamic environ- ments. In this context, a new novel aerial manipulation system will be constructed in the Control Systems Lab at National Technical University of Athens. The proposed integrated system is composed of seven thrusters and an end-effector that can produce the desired actuation forces and torques to the environment. The mechanical design of the aforementioned system has been studied in [1]. Following this work, in this thesis a detailed differential kinematic model that relates the end-effector velocities with the corresponding velocities of the body frame is pre- sented. The geometry specifications and the dynamic analysis are studied in order to describe mathematically the motion of the proposed system in the Cartesian task space. A static analysis is introduced for providing the mathematical relationship of the interaction with the environment. Taking all the above parameters into considera- tion, a nonlinear robust adaptive backstepping controller is designed in order to ensure robustness against actuator failures, unmodeled dynamics and external disturbances. Extended numerical simulations were performed in Matlab Environment in order to verify the theoritical results of the this work, to demonstrate the performance of the system and the effectiveness of the controller. Finally, animated videos were created with the aim to observe graphically the motion the proposed system in arbitrary track- ing and stabilization manipulation tasks scenarios.	en
heal.advisorName	Κυριακόπουλος, Κώστας	el
heal.committeeMemberName	Κυριακόπουλος, Κώστας	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	104 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true