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Robot-assisted Landing of VTOL UAVs: Design and Comparison of Coupled and Decoupling Linear State-space Control Approaches

Maier, Moritz und Kondak, Konstantin und Oeschger, André (2015) Robot-assisted Landing of VTOL UAVs: Design and Comparison of Coupled and Decoupling Linear State-space Control Approaches. IEEE Robotics and Automation Letters, 1 (1), Seiten 114-121. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/LRA.2015.2502920. ISSN 2377-3766.

[img] PDF (Moritz Maier - Robot-assisted Landing of VTOL UAVs: Design and Comparison of Coupled and Decoupling Linear State-space Control Approaches, RA-L 2015)
5MB

Offizielle URL: http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?arnumber=7339463

Kurzfassung

This paper addresses the problem of landing a VTOL UAV using a serial robotic manipulator fixed to the landing surface, which assists the UAV during the last, most challenging, landing phase. In this phase, UAV and manipulator are connected via a universal hinge, which decouples the flying vehicle’s and the robot’s end-effector orientation. This novel system is meant to be used for VTOL UAVs landing on moving platforms under severe environmental conditions. The main contribution of the paper is the design of a linear state-space controller for position and orientation of the UAV while it is fixed to the manipulator. Furthermore, we compare a coupled and a decoupling realization of the model-based controller with a model-free controller. Both model-based controllers consider the dynamics of an attitude-controlled aerial vehicle and use the acceleration of the robot’s end-effector as control input. The decoupling controller allows to fully actuate the UAV using the manipulator in addition to the UAV’s actuators. All three controllers are validated and compared in experiments using a KUKA/DLR light-weight robot on a non-moving base and an AR.Drone 2.0 quadrotor. The experimental results show that decoupling is superior to the coupled and the model-free approach, since the orientation of the UAV rotorcraft is controlled more precisely.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/101889/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Robot-assisted Landing of VTOL UAVs: Design and Comparison of Coupled and Decoupling Linear State-space Control Approaches
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Maier, Moritzmoritz.maier (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kondak, Konstantinkonstantin.kondak (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Oeschger, Andréandre.oeschger (at) googlemail.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:26 November 2015
Erschienen in:IEEE Robotics and Automation Letters
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Band:1
DOI:10.1109/LRA.2015.2502920
Seitenbereich:Seiten 114-121
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Roberts, Jonathanjonathan.roberts (at) qut.edu.auNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nuske, Stephen T.snuske (at) andrew.cmu.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:2377-3766
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Aerial Robotics, Linear Control Theory, Motion Control of Manipulators, Rigid-body Dynamics, VTOL UAVs
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Terrestrische Assistenz-Robotik (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Analyse und Regelung komplexer Robotersysteme
Hinterlegt von: Maier, Moritz
Hinterlegt am:13 Jan 2016 11:39
Letzte Änderung:19 Nov 2021 20:33

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