Time-delayed bilateral teleoperation of an aerial manipulator
| Ano de defesa: | 2019 |
|---|---|
| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | eng |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Brasil Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica UFRJ |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
|
| Departamento: |
Não Informado pela instituição
|
| País: |
Não Informado pela instituição
|
| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://hdl.handle.net/11422/14075 |
Resumo: | This thesis presents a framework to allow stable and performant aerial telemanipulation with fully-actuated aerial manipulators. In order to fulfill this objective a time-domain passivity-based controller was applied to cope with the sources of instability introduced by the communication channel, namely time delay, package loss, and jitter. Additionally, in order to improve the position synchronization characteristics of the teleoperation system, a Time Domain Passivity Approach (TDPA) based drift compensator was developed, which, in addition to compensating the drift caused by the passivity controller, ensures that the teleoperation forces remain within a safe range. The drift-compensation approach was also extended to allow its application to multi-DoF robots, including the DLR Suspended Aerial Manipulator (SAM). The efficacy of the proposed drift compensator was demonstrated through simulations and hardware experiments. Adding to that, due to the redundancy of such systems, a whole-body control framework was applied in order to allow the human operator to command Cartesian end-effector poses while a secondary task is autonomously fulfilled in the null space without disturbing the teleoperation system. Numerical validation was performed in order to demonstrate the applicability of the proposed framework to time-delayed aerial telemanipulation scenarios. |
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Time-delayed bilateral teleoperation of an aerial manipulatorTeleoperação bilateral de um manipulador aéreo sujeita a atrasosManipulação aéreaTelemanipulaçãoControle de corpo completoPassividade no domínio do tempoCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAThis thesis presents a framework to allow stable and performant aerial telemanipulation with fully-actuated aerial manipulators. In order to fulfill this objective a time-domain passivity-based controller was applied to cope with the sources of instability introduced by the communication channel, namely time delay, package loss, and jitter. Additionally, in order to improve the position synchronization characteristics of the teleoperation system, a Time Domain Passivity Approach (TDPA) based drift compensator was developed, which, in addition to compensating the drift caused by the passivity controller, ensures that the teleoperation forces remain within a safe range. The drift-compensation approach was also extended to allow its application to multi-DoF robots, including the DLR Suspended Aerial Manipulator (SAM). The efficacy of the proposed drift compensator was demonstrated through simulations and hardware experiments. Adding to that, due to the redundancy of such systems, a whole-body control framework was applied in order to allow the human operator to command Cartesian end-effector poses while a secondary task is autonomously fulfilled in the null space without disturbing the teleoperation system. Numerical validation was performed in order to demonstrate the applicability of the proposed framework to time-delayed aerial telemanipulation scenarios.O presente trabalho apresenta uma estrutura que permite a realização de telemanipulação aérea estável e de alto desempenho com manipuladores aéreos completamente atuados. A fim de cumprir tal objetivo, um controlador baseado em passividade no domínio do tempo foi aplicado a fim de lidar com as fontes de instabilidade introduzidas pelo canal de comunicação, como atrasos, perda de pacotes e jitter. Além disso, foi desenvolvido um compensador de desvio baseado na abordagem de passividade no domínio do tempo (TDPA) visando melhorar as características de sincronização de posição do sistema de teleoperação. Além de compensar o desvio causado pelo controlador de passividade, o método proposto garante que as forças de teleoperação permaneçam dentro de uma faixa segura de magnitude. A abordagem de compensação de desvio também foi estendida a fim de permitir sua aplicação a robôs com múltiplos graus de liberdade, incluindo o DLR Suspended Aerial Manipulator (SAM). A eficácia do compensador de desvio proposto foi demonstrada através de simulações e experimentos em hardware. Somado a isso, devido à redundância de tais sistemas robóticos, uma estrutura de controle de corpo completo foi aplicada a fim de permitir que o operador comande poses de efetuador no espaço cartesiano enquanto uma tarefa secundária é realizada de forma autônoma no espaço nulo, sem que o sistema de teleoperação seja afetado. Validação numérica foi realizada a fim de demonstrar a aplicabilidade da estrutura proposta a cenários de telemanipulação aérea sujeita a atrasos de comunicação.Universidade Federal do Rio de JaneiroBrasilInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de EngenhariaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFRJLizarralde, Fernando Cesarhttp://lattes.cnpq.br/0911438214544305http://lattes.cnpq.br/8954760140651033Leite, Antonio CandeaDuda, Fernando PereiraCosta, Ramon RomankeviciusCoelho, André Fialho2021-04-05T16:00:26Z2023-12-21T03:07:36Z2019-12info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://hdl.handle.net/11422/14075enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJ2023-12-21T03:07:36Zoai:pantheon.ufrj.br:11422/14075Repositório InstitucionalPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestpantheon@sibi.ufrj.bropendoar:2023-12-21T03:07:36Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false |
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