Safe local aerial manipulation for the installation of devices on power lines: Aerial-core first year results and designs

Article number 6220The power grid is an essential infrastructure in any country, comprising thousands of kilometers of power lines that require periodic inspection and maintenance, carried out nowadays by human operators in risky conditions. To increase safety and reduce time and cost with respect to conventional solutions involving manned helicopters and heavy vehicles, the AERIAL-CORE project proposes the development of aerial robots capable of performing aerial manipulation operations to assist human operators in power lines inspection and maintenance, allowing the installation of devices, such as bird flight diverters or electrical spacers, and the fast delivery and retrieval of tools. This manuscript describes the goals and functionalities to be developed for safe local aerial manipulation, presenting the preliminary designs and experimental results obtained in the first year of the project.European Union (UE). H2020 871479Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España FPI 201

Multirotor Design Optimization: The Mechatronic Approach

Doktorgradsavhandling ved Fakultet for teknologi og realfag, Universitetet i Agder, 2015Multirotors such as the more famous quadcopter have been a favoured research object the last years. It is widely used as a flying platform for the hobby enthusiasts, but recently also used more and more by the industry. The multirotor has complex dynamics and requires sensors and a control system in order to fly. To get the desired flight characteristics batteries, motor and the propeller have to be chosen wisely as different combinations create different properties. The usual design approach is to test different combinations of motors and propellers, and based on experience select components that will be closest to the desired flight properties. This thesis presents an optimization method that calculates what hardware to use in order to get closest to the demanded properties. The method will only select from a given database, hence not returning a diameter and pitch of a propeller that are not available. A wide range of criteria can be optimized, examples are dynamics of the motor/propeller, flight dynamics, flight time, payload etc. The optimization routine will also calculate if the better choice is a quadcopter with four propellers, a hexacopter with six or an octocopter with eight propellers. The optimization is not trivial due to the non-linear characteristics of the propeller. A lot of experimental work was done to test the response of the propeller, both for acceleration and deceleration. Theory and experimental work show that the thrust response of the propeller can be more or less equal if the electronic speed controller controls the motor in a special mode. This mode also makes the response of the motor faster than normal. The new design is tested with a new approach for attitude estimation, and a controller operating directly with the result of the estimator. Most of the multirotors use a microcontroller with limited resources as the control system, hence the attitude and controller were designed specifically without time consuming trigonometric functions such as the sine and cosine. Overall, the methods and results presented in this thesis will aid the engineer when designing a multirotor system consisting of control system, mechanical frame, battery, actuators and propellers

Compliant aerial manipulation.

The aerial manipulation is a research field which proposes the integration of robotic manipulators in aerial platforms, typically multirotors – widely known as “drones” – or autonomous helicopters. The development of this technology is motivated by the convenience to reduce the time, cost and risk associated to the execution of certain operations or tasks in high altitude areas or difficult access workspaces. Some illustrative application examples are the detection and insulation of leaks in pipe structures in chemical plants, repairing the corrosion in the blades of wind turbines, the maintenance of power lines, or the installation and retrieval of sensor devices in polluted areas. Although nowadays it is possible to find a wide variety of commercial multirotor platforms with payloads from a few gramps up to several kilograms, and flight times around thirty minutes, the development of an aerial manipulator is still a technological challenge due to the strong requirements relative to the design of the manipulator in terms of very low weight, low inertia, dexterity, mechanical robustness and control. The main contribution of this thesis is the design, development and experimental validation of several prototypes of lightweight (<2 kg) and compliant manipulators to be integrated in multirotor platforms, including human-size dual arm systems, compliant joint arms equipped with human-like finger modules for grasping, and long reach aerial manipulators. Since it is expected that the aerial manipulator is capable to execute inspection and maintenance tasks in a similar way a human operator would do, this thesis proposes a bioinspired design approach, trying to replicate the human arm in terms of size, kinematics, mass distribution, and compliance. This last feature is actually one of the key concepts developed and exploited in this work. Introducing a flexible element such as springs or elastomers between the servos and the links extends the capabilities of the manipulator, allowing the estimation and control of the torque/force, the detection of impacts and overloads, or the localization of obstacles by contact. It also improves safety and efficiency of the manipulator, especially during the operation on flight or in grabbing situations, where the impacts and contact forces may damage the manipulator or destabilize the aerial platform. Unlike most industrial manipulators, where force-torque control is possible at control rates above 1 kHz, the servo actuators typically employed in the development of aerial manipulators present important technological limitations: no torque feedback nor control, only position (and in some models, speed) references, low update rates (<100 Hz), and communication delays. However, these devices are still the best solution due to their high torque to weight ratio, low cost, compact design, and easy assembly and integration. In order to cope with these limitations, the compliant joint arms presented here estimate and control the wrenches from the deflection of the spring-lever transmission mechanism introduced in the joints, measured at joint level with encoders or potentiometers, or in the Cartesian space employing vision sensors. Note that in the developed prototypes, the maximum joint deflection is around 25 degrees, which corresponds to a deviation in the position of the end effector around 20 cm for a human-size arm. The capabilities and functionalities of the manipulators have been evaluated in fixed base test-bench firstly, and then in outdoor flight tests, integrating the arms in different commercial hexarotor platforms. Frequency characterization, position/force/impedance control, bimanual grasping, arm teleoperation, payload mass estimation, or contact-based obstacle localization are some of the experiments presented in this thesis that validate the developed prototypes.La manipulación aérea es un campo de investigación que propone la integración de manipuladores robóticos in plataformas aéreas, típicamente multirotores – comúnmente conocidos como “drones” – o helicópteros autónomos. El desarrollo de esta tecnología está motivada por la conveniencia de reducir el tiempo, coste y riesgo asociado a la ejecución de ciertas operaciones o tareas en áreas de gran altura o espacios de trabajo de difícil acceso. Algunos ejemplos ilustrativos de aplicaciones son la detección y aislamiento de fugas en estructura de tuberías en plantas químicas, la reparación de la corrosión en las palas de aerogeneradores, el mantenimiento de líneas eléctricas, o la instalación y recuperación de sensores en zonas contaminadas. Aunque hoy en día es posible encontrar una amplia variedad de plataformas multirotor comerciales con cargas de pago desde unos pocos gramos hasta varios kilogramos, y tiempo de vuelo entorno a treinta minutos, el desarrollo de los manipuladores aéreos es todavía un desafío tecnológico debido a los exigentes requisitos relativos al diseño del manipulador en términos de muy bajo peso, baja inercia, destreza, robustez mecánica y control. La contribución principal de esta tesis es el diseño, desarrollo y validación experimental de varios prototipos de manipuladores de bajo peso (<2 kg) con capacidad de acomodación (“compliant”) para su integración en plataformas aéreas multirotor, incluyendo sistemas bi-brazo de tamaño humano, brazos robóticos de articulaciones flexibles con dedos antropomórficos para agarre, y manipuladores aéreos de largo alcance. Puesto que se prevé que el manipulador aéreo sea capaz de ejecutar tareas de inspección y mantenimiento de forma similar a como lo haría un operador humano, esta tesis propone un enfoque de diseño bio-inspirado, tratando de replicar el brazo humano en cuanto a tamaño, cinemática, distribución de masas y flexibilidad. Esta característica es de hecho uno de los conceptos clave desarrollados y utilizados en este trabajo. Al introducir un elemento elástico como los muelles o elastómeros entre el los actuadores y los enlaces se aumenta las capacidades del manipulador, permitiendo la estimación y control de las fuerzas y pares, la detección de impactos y sobrecargas, o la localización de obstáculos por contacto. Además mejora la seguridad y eficiencia del manipulador, especialmente durante las operaciones en vuelo, donde los impactos y fuerzas de contacto pueden dañar el manipulador o desestabilizar la plataforma aérea. A diferencia de la mayoría de manipuladores industriales, donde el control de fuerzas y pares es posible a tasas por encima de 1 kHz, los servo motores típicamente utilizados en el desarrollo de manipuladores aéreos presentan importantes limitaciones tecnológicas: no hay realimentación ni control de torque, sólo admiten referencias de posición (o bien de velocidad), y presentan retrasos de comunicación. Sin embargo, estos dispositivos son todavía la mejor solución debido al alto ratio de torque a peso, por su bajo peso, diseño compacto y facilidad de ensamblado e integración. Para suplir estas limitaciones, los brazos robóticos flexibles presentados aquí permiten estimar y controlar las fuerzas a partir de la deflexión del mecanismo de muelle-palanca introducido en las articulaciones, medida a nivel articular mediante potenciómetros o codificadores, o en espacio Cartesiano mediante sensores de visión. Tómese como referencia que en los prototipos desarrollados la máxima deflexión articular es de unos 25 grados, lo que corresponde a una desviación de posición en torno a 20 cm en el efector final para un brazo de tamaño humano. Las capacidades y funcionalidades de estos manipuladores se han evaluado en base fija primero, y luego en vuelos en exteriores, integrando los brazos en diferentes plataformas hexartor comerciales. Caracterización frecuencial, control de posición/fuerza/impedancia, agarre bimanual, teleoperación de brazos, estimación de carga, o la localización de obstáculos mediante contacto son algunos de los experimentos presentados en esta tesis para validar los prototipos desarrollados por el auto

Risk-sensitive motion planning for MAVs based on mission-related fault-tolerant analysis

Multirotor Aerial Vehicles may be fault-tolerant by design when rotor-failure is possible to measure or identify, especially when a large number of rotors are used. For instance, an octocopter can be capable to complete some missions even when a double-rotor fault occurs during the execution. In this paper, we study how a rotor-failure reduces the vehicle control admissible set and its importance with respect to the selected mission, i.e. we perform mission-related fault-tolerant analysis. Furthermore, we propose a risk-sensitive motion-planning algorithm capable to take into account the risks during the planning stage by means of mission-related fault-tolerant analysis. We show that the proposed approach is much less conservative in terms of selected performance measures than a conservative risk planner that assumes that the considered fault will certainly occur during the mission execution. As expected, the proposed risk-sensitive motion planner is also readier for accepting failures during the mission execution than the risk-insensitive approach that assumes no failure will occur

Contribution to reliable control of dynamic systems

This thesis presents sorne contributions to the field of Health-Aware Control (HAC) of dynamic systems. In the first part of this thesis, a review of the concepts and methodologies related to reliability versus degradation and fault tolerant control versus health-aware control is presented. Firstly, in an attempt to unify concepts, an overview of HAC, degradation, and reliability modeling including some of the most relevant theoretical and applied contributions is given. Moreover, reliability modeling is formalized and exemplified using the structure function, Bayesian networks (BNs) and Dynamic Bayesian networks (DBNs) as modeling tools in reliability analysis. In addition, some Reliability lmportance Measures (RIMs) are presented. In particular, this thesis develops BNs models for overall system reliability analysis through the use of Bayesian inference techniques. Bayesian networks are powerful tools in system reliability assessment due to their flexibility in modeling the reliability structure of complex systems. For the HAC scheme implementation, this thesis presents and discusses the integration of actuators health information by means of RIMs and degradation in Model Predictive Control (MPC) and Linear Quadratic Regulator algorithms. In the proposed strategies, the cost function parameters are tuned using RIMs. The methodology is able to avoid the occurrence of catastrophic and incipient faults by monitoring the overall system reliability. The proposed HAC strategies are applied to a Drinking Water Network (DWN) and a multirotor UAV system. Moreover, a third approach, which uses MPC and restricts the degradation of the system components is applied to a twin rotor system. Finally, this thesis presents and discusses two reliability interpretations. These interpretations, namely instantaneous and expected, differ in the manner how reliability is evaluated and how its evolution along time is considered. This comparison is made within a HAC framework and studies the system reliability under both approaches.Aquesta tesi presenta algunes contribucions al camp del control basat en la salut dels components "Health-Aware Control" (HAC) de sistemes dinàmics. A la primera part d'aquesta tesi, es presenta una revisió dels conceptes i metodologies relacionats amb la fiabilitat versus degradació, el control tolerant a fallades versus el HAC. En primer lloc, i per unificar els conceptes, s'introdueixen els conceptes de degradació i fiabilitat, models de fiabilitat i de HAC incloent algunes de les contribucions teòriques i aplicades més rellevants. La tesi, a més, el modelatge de la fiabilitat es formalitza i exemplifica utilitzant la funció d'estructura del sistema, xarxes bayesianes (BN) i xarxes bayesianes dinamiques (DBN) com a eines de modelat i anàlisi de la fiabilitat com també presenta algunes mesures d'importància de la fiabilitat (RIMs). En particular, aquesta tesi desenvolupa models de BNs per a l'anàlisi de la fiabilitat del sistema a través de l'ús de tècniques d'inferència bayesiana. Les xarxes bayesianes són eines poderoses en l'avaluació de la fiabilitat del sistema gràcies a la seva flexibilitat en el modelat de la fiabilitat de sistemes complexos. Per a la implementació de l?esquema de HAC, aquesta tesi presenta i discuteix la integració de la informació sobre la salut i degradació dels actuadors mitjançant les RIMs en algoritmes de control predictiu basat en models (MPC) i control lineal quadràtic (LQR). En les estratègies proposades, els paràmetres de la funció de cost s'ajusten utilitzant els RIMs. Aquestes tècniques de control fiable permetran millorar la disponibilitat i la seguretat dels sistemes evitant l'aparició de fallades a través de la incorporació d'aquesta informació de la salut dels components en l'algoritme de control. Les estratègies de HAC proposades s'apliquen a una xarxa d'aigua potable (DWN) i a un sistema UAV multirrotor. A més, un tercer enfocament fent servir la degradació dels actuadors com a restricció dins l'algoritme de control MPC s'aplica a un sistema aeri a dos graus de llibertat (TRMS). Finalment, aquesta tesi també presenta i discuteix dues interpretacions de la fiabilitat. Aquestes interpretacions, nomenades instantània i esperada, difereixen en la forma en què s'avalua la fiabilitat i com es considera la seva evolució al llarg del temps. Aquesta comparació es realitza en el marc del control HAC i estudia la fiabilitat del sistema en tots dos enfocaments.Esta tesis presenta algunas contribuciones en el campo del control basado en la salud de los componentes “Health-Aware Control” (HAC) de sistemas dinámicos. En la primera parte de esta tesis, se presenta una revisión de los conceptos y metodologíasrelacionados con la fiabilidad versus degradación, el control tolerante a fallos versus el HAC. En primer lugar, y para unificar los conceptos, se introducen los conceptos de degradación y fiabilidad, modelos de fiabilidad y de HAC incluyendo algunas de las contribuciones teóricas y aplicadas más relevantes. La tesis, demás formaliza y ejemplifica el modelado de fiabilidad utilizando la función de estructura del sistema, redes bayesianas (BN) y redes bayesianas diná-micas (DBN) como herramientas de modelado y análisis de fiabilidad como también presenta algunas medidas de importancia de la fiabilidad (RIMs). En particular, esta tesis desarrolla modelos de BNs para el análisis de la fiabilidad del sistema a través del uso de técnicas de inferencia bayesiana. Las redes bayesianas son herramientas poderosas en la evaluación de la fiabilidad del sistema gracias a su flexibilidad en el modelado de la fiabilidad de sistemas complejos. Para la implementación del esquema de HAC, esta tesis presenta y discute la integración de la información sobre la salud y degradación de los actuadores mediante las RIMs en algoritmos de control predictivo basado en modelos (MPC) y del control cuadrático lineal (LQR). En las estrategias propuestas, los parámetros de la función de coste se ajustan utilizando las RIMs. Estas técnicas de control fiable permitirán mejorar la disponibilidad y la seguridad de los sistemas evitando la aparición de fallos a través de la incorporación de la información de la salud de los componentes en el algoritmo de control. Las estrategias de HAC propuestas se aplican a una red de agua potable (DWN) y a un sistema UAV multirotor. Además, un tercer enfoque que usa la degradación de los actuadores como restricción en el algoritmo de control MPC se aplica a un sistema aéreo con dos grados de libertad (TRMS). Finalmente, esta tesis también presenta y discute dos interpretaciones de la fiabilidad. Estas interpretaciones, llamadas instantánea y esperada, difieren en la forma en que se evalúa la fiabilidad y cómo se considera su evolución a lo largo del tiempo. Esta comparación se realiza en el marco del control HAC y estudia la fiabilidad del sistema en ambos enfoques

Contribution to reliable control of dynamic systems

Aplicat embargament des de la data de defensa fins al maig 2020This thesis presents sorne contributions to the field of Health-Aware Control (HAC) of dynamic systems. In the first part of this thesis, a review of the concepts and methodologies related to reliability versus degradation and fault tolerant control versus health-aware control is presented. Firstly, in an attempt to unify concepts, an overview of HAC, degradation, and reliability modeling including some of the most relevant theoretical and applied contributions is given. Moreover, reliability modeling is formalized and exemplified using the structure function, Bayesian networks (BNs) and Dynamic Bayesian networks (DBNs) as modeling tools in reliability analysis. In addition, some Reliability lmportance Measures (RIMs) are presented. In particular, this thesis develops BNs models for overall system reliability analysis through the use of Bayesian inference techniques. Bayesian networks are powerful tools in system reliability assessment due to their flexibility in modeling the reliability structure of complex systems. For the HAC scheme implementation, this thesis presents and discusses the integration of actuators health information by means of RIMs and degradation in Model Predictive Control (MPC) and Linear Quadratic Regulator algorithms. In the proposed strategies, the cost function parameters are tuned using RIMs. The methodology is able to avoid the occurrence of catastrophic and incipient faults by monitoring the overall system reliability. The proposed HAC strategies are applied to a Drinking Water Network (DWN) and a multirotor UAV system. Moreover, a third approach, which uses MPC and restricts the degradation of the system components is applied to a twin rotor system. Finally, this thesis presents and discusses two reliability interpretations. These interpretations, namely instantaneous and expected, differ in the manner how reliability is evaluated and how its evolution along time is considered. This comparison is made within a HAC framework and studies the system reliability under both approaches.Aquesta tesi presenta algunes contribucions al camp del control basat en la salut dels components "Health-Aware Control" (HAC) de sistemes dinàmics. A la primera part d'aquesta tesi, es presenta una revisió dels conceptes i metodologies relacionats amb la fiabilitat versus degradació, el control tolerant a fallades versus el HAC. En primer lloc, i per unificar els conceptes, s'introdueixen els conceptes de degradació i fiabilitat, models de fiabilitat i de HAC incloent algunes de les contribucions teòriques i aplicades més rellevants. La tesi, a més, el modelatge de la fiabilitat es formalitza i exemplifica utilitzant la funció d'estructura del sistema, xarxes bayesianes (BN) i xarxes bayesianes dinamiques (DBN) com a eines de modelat i anàlisi de la fiabilitat com també presenta algunes mesures d'importància de la fiabilitat (RIMs). En particular, aquesta tesi desenvolupa models de BNs per a l'anàlisi de la fiabilitat del sistema a través de l'ús de tècniques d'inferència bayesiana. Les xarxes bayesianes són eines poderoses en l'avaluació de la fiabilitat del sistema gràcies a la seva flexibilitat en el modelat de la fiabilitat de sistemes complexos. Per a la implementació de l?esquema de HAC, aquesta tesi presenta i discuteix la integració de la informació sobre la salut i degradació dels actuadors mitjançant les RIMs en algoritmes de control predictiu basat en models (MPC) i control lineal quadràtic (LQR). En les estratègies proposades, els paràmetres de la funció de cost s'ajusten utilitzant els RIMs. Aquestes tècniques de control fiable permetran millorar la disponibilitat i la seguretat dels sistemes evitant l'aparició de fallades a través de la incorporació d'aquesta informació de la salut dels components en l'algoritme de control. Les estratègies de HAC proposades s'apliquen a una xarxa d'aigua potable (DWN) i a un sistema UAV multirrotor. A més, un tercer enfocament fent servir la degradació dels actuadors com a restricció dins l'algoritme de control MPC s'aplica a un sistema aeri a dos graus de llibertat (TRMS). Finalment, aquesta tesi també presenta i discuteix dues interpretacions de la fiabilitat. Aquestes interpretacions, nomenades instantània i esperada, difereixen en la forma en què s'avalua la fiabilitat i com es considera la seva evolució al llarg del temps. Aquesta comparació es realitza en el marc del control HAC i estudia la fiabilitat del sistema en tots dos enfocaments.Esta tesis presenta algunas contribuciones en el campo del control basado en la salud de los componentes “Health-Aware Control” (HAC) de sistemas dinámicos. En la primera parte de esta tesis, se presenta una revisión de los conceptos y metodologíasrelacionados con la fiabilidad versus degradación, el control tolerante a fallos versus el HAC. En primer lugar, y para unificar los conceptos, se introducen los conceptos de degradación y fiabilidad, modelos de fiabilidad y de HAC incluyendo algunas de las contribuciones teóricas y aplicadas más relevantes. La tesis, demás formaliza y ejemplifica el modelado de fiabilidad utilizando la función de estructura del sistema, redes bayesianas (BN) y redes bayesianas diná-micas (DBN) como herramientas de modelado y análisis de fiabilidad como también presenta algunas medidas de importancia de la fiabilidad (RIMs). En particular, esta tesis desarrolla modelos de BNs para el análisis de la fiabilidad del sistema a través del uso de técnicas de inferencia bayesiana. Las redes bayesianas son herramientas poderosas en la evaluación de la fiabilidad del sistema gracias a su flexibilidad en el modelado de la fiabilidad de sistemas complejos. Para la implementación del esquema de HAC, esta tesis presenta y discute la integración de la información sobre la salud y degradación de los actuadores mediante las RIMs en algoritmos de control predictivo basado en modelos (MPC) y del control cuadrático lineal (LQR). En las estrategias propuestas, los parámetros de la función de coste se ajustan utilizando las RIMs. Estas técnicas de control fiable permitirán mejorar la disponibilidad y la seguridad de los sistemas evitando la aparición de fallos a través de la incorporación de la información de la salud de los componentes en el algoritmo de control. Las estrategias de HAC propuestas se aplican a una red de agua potable (DWN) y a un sistema UAV multirotor. Además, un tercer enfoque que usa la degradación de los actuadores como restricción en el algoritmo de control MPC se aplica a un sistema aéreo con dos grados de libertad (TRMS). Finalmente, esta tesis también presenta y discute dos interpretaciones de la fiabilidad. Estas interpretaciones, llamadas instantánea y esperada, difieren en la forma en que se evalúa la fiabilidad y cómo se considera su evolución a lo largo del tiempo. Esta comparación se realiza en el marco del control HAC y estudia la fiabilidad del sistema en ambos enfoques.Postprint (published version

Enhancing VTOL Multirotor Performance With a Passive Rotor Tilting Mechanism

This article discusses the benefits of introducing a simple passive mechanism to enable rotor tilting in Vertical Take-Off and Landing (VTOL) multirotor vehicles. Such a system is evaluated in relevant Urban Air Mobility (UAM) passenger transport scenarios such as hovering in wind conditions and overcoming rotor failures. While conventional parallel axis multirotors are underactuated systems, the proposed mechanism makes the vehicle fully actuated in SE(3), which implies independent cabin position and orientation control. An accurate vehicle simulator with realistic parameters is presented to compare in simulation the proposed architecture with a conventional underactuated VTOL vehicle that shares the same physical properties. In order to make fair comparisons, controllers are obtained solving an optimization problem in which the cost function of both systems is chosen to be equivalent. In particular, the control laws are Linear-Quadratic Regulators (LQR), which are derived by linearizing the systems around hover. It is shown through extensive simulation that the introduction of a passive rotor tilting mechanism based on universal joints improves performance metrics such as vehicle stability, power consumption, passenger comfort and position tracking precision in nominal flight conditions and it does not compromise vehicle safety in rotor failure situations

Safe and accurate MAV Control, navigation and manipulation

This work focuses on the problem of precise, aggressive and safe Micro Aerial Vehicle (MAV) navigation as well as deployment in applications which require physical interaction with the environment. To address these issues, we propose three different MAV model based control algorithms that rely on the concept of receding horizon control. As a starting point, we present a computationally cheap algorithm which utilizes an approximate linear model of the system around hover and is thus maximally accurate for slow reference maneuvers. Aiming at overcoming the limitations of the linear model parameterisation, we present an extension to the first controller which relies on the true nonlinear dynamics of the system. This approach, even though computationally more intense, ensures that the control model is always valid and allows tracking of full state aggressive trajectories. The last controller addresses the topic of aerial manipulation in which the versatility of aerial vehicles is combined with the manipulation capabilities of robotic arms. The proposed method relies on the formulation of a hybrid nonlinear MAV-arm model which also takes into account the effects of contact with the environment. Finally, in order to enable safe operation despite the potential loss of an actuator, we propose a supervisory algorithm which estimates the health status of each motor. We further showcase how this can be used in conjunction with the nonlinear controllers described above for fault tolerant MAV flight. While all the developed algorithms are formulated and tested using our specific MAV platforms (consisting of underactuated hexacopters for the free flight experiments, hexacopter-delta arm system for the manipulation experiments), we further discuss how these can be applied to other underactuated/overactuated MAVs and robotic arm platforms. The same applies to the fault tolerant control where we discuss different stabilisation techniques depending on the capabilities of the available hardware. Even though the primary focus of this work is on feedback control, we thoroughly describe the custom hardware platforms used for the experimental evaluation, the state estimation algorithms which provide the basis for control as well as the parameter identification required for the formulation of the various control models. We showcase all the developed algorithms in experimental scenarios designed to highlight the corresponding strengths and weaknesses as well as show that the proposed methods can run in realtime on commercially available hardware.Open Acces

Aerial Robotics for Inspection and Maintenance

Aerial robots with perception, navigation, and manipulation capabilities are extending the range of applications of drones, allowing the integration of different sensor devices and robotic manipulators to perform inspection and maintenance operations on infrastructures such as power lines, bridges, viaducts, or walls, involving typically physical interactions on flight. New research and technological challenges arise from applications demanding the benefits of aerial robots, particularly in outdoor environments. This book collects eleven papers from different research groups from Spain, Croatia, Italy, Japan, the USA, the Netherlands, and Denmark, focused on the design, development, and experimental validation of methods and technologies for inspection and maintenance using aerial robots