飞行机械臂的无传感器接触力控制策略

本文主要探讨了飞行机械臂系统的接触力控制问题，该领域的研究旨在提升无人机在复杂环境中的操作能力，特别是在需要精细接触的任务中，如抓取、定位和物体处理。作者首先从理论层面出发，证明了闭环无人机系统在接触状态下的动态行为类似于经典的弹簧-质量-阻尼系统，这为后续的控制策略设计提供了基础。 文章深入分析了飞行机械臂在接触状态下的力学特性，着重于无人机在水平前向移动时，接触力与系统重力和俯仰角之间的动态关系。这一分析表明，尽管通常接触力控制需要依赖力传感器实时测量数据，但在特定条件下，通过精确地控制机械臂的位置偏差和对应姿态角度，可以间接达到接触力的控制效果，从而节省了硬件成本和复杂性。 作者借鉴阻抗控制的思想，提出了一个创新的飞行机械臂接触力控制方法，这种方法不依赖于直接力传感器测量，而是通过协调机械臂的位置和姿态来实现对接触力的控制。这种方法的关键在于找到一种动态平衡，使得机械臂能够模拟出所需的力感，即使在没有直接力反馈的情况下也能进行有效的操作。 接下来，作者构建了一个单自由度飞行机械臂的动力学模型，通过理论推导，展示了系统的稳定性分析，确保了在实际应用中的安全性和性能。这个模型为设计更复杂的多自由度飞行机械臂提供了理论依据。 为了验证所提出的控制方法，研究人员开发了一套基于四旋翼飞行器的单自由度飞行机械臂，并进行了实际飞行实验。实验结果有力地证明了所提接触力控制方法的有效性，以及所开发系统的可靠性和实用性。整个研究工作以严谨的科学态度和实际的系统验证，为飞行机械臂接触力控制技术的发展做出了贡献。 最后，研究被发表在《控制理论与应用》杂志上，作者列表包括孟祥冬、何玉庆、张宏达等人，论文引用格式明确了作者贡献和出版信息。本研究的工作对于推动飞行机械臂技术在航空航天、物流配送、甚至是未来可能的外太空探索任务中的应用具有重要意义。