Tecniche di Controllo di Piccoli Robot Volanti Dotati di Manipolatori

Le equazioni dinamiche dei robot aerei sono complicate sia per l'elevata instabilità della piattaforma sia per la presenza di effetti aerodinamici, che non sono facili da modellare. La robustezza è ancora un problema di interesse per il controllo degli UAVs. Il collegamento di un robot manipolatore a un tale sistema aereo fa sì che l'accoppiamento dinamico tra i termini del modello matematico diventi ancora più rilevante. Rappresentare correttamente il modello dinamico dell'intero sistema è fondamentale per sviluppare adeguate leggi di controllo. Tuttavia, poiché la maggior parte dei bracci robotici posizionati sugli UAV sono spesso manipolatori di piccole dimensioni costituiti da servomotori, è spesso impossibile controllare direttamente le coppie di giunto. Quindi, Fabio Ruggiero ha sviluppato un metodo per controllare separatamente il veicolo aereo e il manipolatore robotico. Quest'ultimo può essere movimentato tramite un controllore standard basato sulla posizione e/o cinematico. Allo stesso tempo, il primo deve compensare i movimenti del braccio e traslare verso la posizione desiderata nello spazio Cartesiano. Pertanto, egli ha sviluppato uno stimatore delle forze esterne generalizzate (forze più momenti) che agiscono sul veicolo aereo e basato sulla quantità di moto meccanica del sistema. Sono state sviluppate anche altre tecniche che si occupano dell'interazione con l'ambiente.

Una revisione della letteratura sulla manipolazione aerea è stata scritta da Fabio Ruggiero:

• F. RUGGIERO, V. Lippiello, A. Ollero, Aerial manipulation: A literature review, in IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 3, n. 3, pp. 1957-1964, 2018, DOI: 10.1109/LRA.2018.2808541.

Soluzioni proposte:

• F. RUGGIERO, J. Cacace, H. Sadeghian, V. Lippiello, Passivity-based control of VTOL-UAVs with a momentum-based estimator of external wrench and unknown dynamics, in Robotics and Autonomous Systems, vol. 72, pp. 139-151, 2015, DOI: 10.1016/j.robot.2015.05.006.
• V. Lippiello, G.A. Fontanelli, F. RUGGIERO, Image-based visual-impedance control of a dual-arm aerial manipulator, in IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 3, n. 3, pp. 1856-1863, 2018, DOI: 10.1109/LRA.2018.2806091.
• S.M. Orozco Sotos, J. Cacace, F. RUGGIERO, V. Lippiello, Active disturbance rejec- tion control for the robust flight of a passively tilted hexarotor, in Drones, vol. 6, n. 9, 258, 2022, DOI: 10.3390/drones6090258.
• S.M. Orozco Sotos, F. RUGGIERO, V. Lippiello, Globally attractive hyperbolic control for the robust flight of an actively tilting quadrotor, in Drones, vol. 6, n. 12, 373, 2022, DOI: 10.3390/drones6120373.
• J. Cacace, L. Giampetraglia, F. RUGGIERO, V. Lippiello, A novel gripper prototype for helical bird diverter manipulation, in Drones, vol. 7, n. 1, 60, 2023, DOI: 10.3390/drones7010060.
• F. RUGGIERO, Decentralized control of aerial manipulators through a momentum-based estimator, in Aerial Robotic Manipulation. Research, Development and Applications, Springer Tracts in Advanced Robotics, A. Ollero and B. Siciliano (eds), vol. 129, pp. 159-174, Springer, Cham, 2019. DOI: 10.1007/978-3-030-12945-3_11.
• V. Lippiello, F. RUGGIERO, Cartesian impedance control of a UAV with a robotic arm, 10th International IFAC Symposium on Robot Control, Dubrovnik, HR, pp. 704-709, 2012, DOI: 10.3182/20120905-3-HR-2030.00158.
• V. Lippiello, F. RUGGIERO, Exploiting redundancy in Cartesian impedance control of UAVs equipped with a robotic arm, 2012 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Vilamoura, P, pp. 3768-3773, 2012, DOI: 10.1109/IROS.2012.6386021.
• F. RUGGIERO, J. Cacace, H. Sadeghian, V. Lippiello, Impedance control of VToL UAVs with a momentum-based external generalized forces estimator, 2014 IEEE In- ternational Conference on Robotics and Automation, Hong Kong, C, pp. 2093-2099, 2014, DOI: 10.1109/ICRA.2014.6907146.
• F. RUGGIERO, M. Trujillo, R. Cano, H. Ascorbe, A. Viguria, C. Peréz, V. Lippiello, A. Ollero, B. Siciliano, A multilayer control for multirotor UAVs equipped with a servo robot arm, 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Seattle, WA, USA, pp. 4014-4020, 2015, DOI: 10.1109/ICRA.2015.7139760.
• E. Cuniato, J. Cacace, M. Selvaggio, F. RUGGIERO, V. Lippiello, A hardware-in- the-loop simulator for physical human-aerial manipulator cooperation, 20th International Conference on Advanced Robotics, Slovenia, pp. 830-835, 2021, DOI: 10.1109/ICAR53236.2021.9659398.
• S. D’Angelo, F. Pagano, F. RUGGIERO, V. Lippiello, Development of a control frame- work to autonomously install clip bird diverters on high-voltage lines, 2023 International Conference on Unmanned Aircraft Systems, Warsaw, Poland, 2023 (in press).
• S. Roos-Hoefgeest Toribio, J. Cacace, V. Scognamiglio, I. Alvarez, R.C. González de los Reyes, F. RUGGIERO, V. Lippiello, A vision-based approach for unmanned aerial vehicles to track industrial pipes for inspection tasks, 2023 International Conference on Unmanned Aircraft Systems, Warsaw, Poland, 2023 (in press).