主动操作型旋翼飞行机器人自主控制方法研究

This project proposes a new robot system called autonomous operation rotor flying robot system that is placing an operation arm on the rotor flying robot. This kind of robot system can work active on its surrounding environment for extending the ability and application scope of rotor flying robots. For autonomous control of operation rotor flying robot system, there are two new problems that 1) motion principle causing different dynamic characteristics and 2) disturbing force influencing the control performance while contacting the environment. This project also proposes an autonomous control method for operation rotor flying robot to deal with these two problems. This autonomous control method mainly have two characteristics that receding horizon optimation for operation arm trajectory generating and robust control strategy for restraining disturbance by using acceleration and force feedback. This method will be researched further and applied on other mobile robot platform.

本项目创新的提出了一种主动操作型旋翼飞行机器人系统，即在旋翼飞行机器人移动平台上增加机械臂，使其能够对其所处环境施加主动影响，从而扩展旋翼飞行机器人的功能和应用范围。针对这种加装主动操作机构的旋翼飞行机器人在自主控制方法中所带来的两方面新问题：1）旋翼飞行机器人运动机理的改变引发更多未知动态特性，2）操作机构与外界环境接触时的外扰动使系统不易稳定。项目提出了一种主动操作型旋翼飞行机器人自主控制方法。方法的主要特点在于：利用滚动时域优化方法实现主动操作机构实时运动规划，以及利用加速度和力反馈的鲁棒控制策略抑制扰动。项目将针对这种方法进行深入研究，方法对其他主动操作型移动机器人系统也会具有借鉴和参考意义。

操作型旋翼飞行机器人是一种新型机器人系统，它由飞行机器人（通常是旋翼飞行机器人）与作业装置（机械臂）共同组成，该系统具有垂直起降、低空低速飞行、悬停的特点，同时由于安装了机械臂使得该机器人系统具有完成空中抓取物体，实现空中装配的能力。该系统能够在3维空间中自由运动，因而极大地扩展了移动机器人的工作空间，使得该系统具有广阔的应用前景。本项目针对操作型翼飞行机器人中两方面的关键问题：1）旋翼飞行机器人运动机理的改变引发更多未知动态特性，2）操作机构与外界环境接触时的外扰动使系统不易稳定，提出了一种自主控制方法。在底层，利用加速度和力反馈的鲁棒控制策略抑制扰动，而在上层利用滚动时域优化方法实现主动操作机构实时运动规划，并开展了实验研究，验证了所提出方的可行性与有效性。