Indoor Navigation Strategies for Aerial Autonomous Systems -  Pedro Castillo-Garcia,  Pedro Garcia Gil,  Laura Elena Munoz Hernandez

Indoor Navigation Strategies for Aerial Autonomous Systems (eBook)

eBook Download: PDF | EPUB
2016 | 1. Auflage
300 Seiten
Elsevier Science (Verlag)
978-0-12-805339-3 (ISBN)
Systemvoraussetzungen
Systemvoraussetzungen
92,95 inkl. MwSt
  • Download sofort lieferbar
  • Zahlungsarten anzeigen

Indoor Navigation Strategies for Aerial Autonomous Systems presents the necessary and sufficient theoretical basis for those interested in working in unmanned aerial vehicles, providing three different approaches to mathematically represent the dynamics of an aerial vehicle.

The book contains detailed information on fusion inertial measurements for orientation stabilization and its validation in flight tests, also proposing substantial theoretical and practical validation for improving the dropped or noised signals. In addition, the book contains different strategies to control and navigate aerial systems.

The comprehensive information will be of interest to both researchers and practitioners working in automatic control, mechatronics, robotics, and UAVs, helping them improve research and motivating them to build a test-bed for future projects.


  • Provides substantial information on nonlinear control approaches and their validation in flight tests
  • Details in observer-delay schemes that can be applied in real-time
  • Teaches how an IMU is built and how they can improve the performance of their system when applying observers or predictors
  • Improves prototypes with tactics for proposed nonlinear schemes


He received the best Ph.D. thesis of Automatic Control award from club EEA, (France) in 2005. His research topics cover: real-time control applications, non-linear dynamics and control, aerospace vehicles, vision and underactuated mechanical systems.
Indoor Navigation Strategies for Aerial Autonomous Systems presents the necessary and sufficient theoretical basis for those interested in working in unmanned aerial vehicles, providing three different approaches to mathematically represent the dynamics of an aerial vehicle. The book contains detailed information on fusion inertial measurements for orientation stabilization and its validation in flight tests, also proposing substantial theoretical and practical validation for improving the dropped or noised signals. In addition, the book contains different strategies to control and navigate aerial systems. The comprehensive information will be of interest to both researchers and practitioners working in automatic control, mechatronics, robotics, and UAVs, helping them improve research and motivating them to build a test-bed for future projects. Provides substantial information on nonlinear control approaches and their validation in flight tests Details in observer-delay schemes that can be applied in real-time Teaches how an IMU is built and how they can improve the performance of their system when applying observers or predictors Improves prototypes with tactics for proposed nonlinear schemes

Front Cover 1
Indoor Navigation Strategies for Aerial Autonomous Systems 4
Copyright 5
Contents 6
About the Authors 10
Preface 12
Acknowledgments 14
Part 1 Background 16
1 State-of-the-Art 18
1.1 Mathematical Representation of the Vehicle Dynamics 19
1.2 Attitude Estimation Using Inertial Sensors 21
1.3 Delay Systems & Predictors
1.4 Data Fusion for UAV Localization 23
1.5 Control & Navigation Algorithms
1.6 Trajectory Generation & Tracking
1.7 Obstacle Avoidance 31
1.8 Teleoperation 35
References 37
2 Modeling Approaches 46
2.1 Force and Moment in a Rotor 46
2.2 Euler-Lagrange Approach 47
2.3 Newton-Euler Approach 52
2.4 Quaternion Approach 55
2.5 Discussion 64
References 65
Part 2 Improving Sensor Signals for Control Purposes 66
3 Inertial Sensors Data Fusion for Orientation Estimation 68
3.1 Attitude Representation 68
3.2 Sensor Characterization 70
3.3 Attitude Estimation Algorithms 71
3.4 A Computationally-Efficient Kalman Filter 79
3.5 Discussion 88
References 89
4 Delay Signals & Predictors
4.1 Observer-Predictor Algorithm for Compensation of Measurement Delays 91
4.2 State Predictor-Control Scheme 102
4.3 Discussion 120
References 122
5 Data Fusion for UAV Localization 124
5.1 Sensor Data Fusion 124
5.2 Prototype and Numerical Implementation 131
5.3 Flight Tests and Experimental Results 133
5.4 OptiTrack Measurements vs EKF Estimation 139
5.5 Rotational Optical Flow Compensation 141
5.6 Discussion 143
References 143
Part 3 Navigation Schemes & Control Strategies
6 Nonlinear Control Algorithms with Integral Action 148
6.1 From PD to PID Controllers 149
6.2 Saturated Controllers with Integral Component 151
6.3 Integral and Adaptive Backstepping Control - IAB 160
6.4 Discussion 168
References 169
7 Sliding Mode Control 172
7.1 From the Nonlinear Attitude Representation to Linear MIMO Expression 172
7.2 Nonlinear Optimal Controller with Integral Sliding Mode Design 175
7.3 Numerical Validation 181
7.4 Real-Time Validation 189
7.5 Discussion 193
References 193
8 Robust Simple Controllers 196
8.1 Nonlinear Robust Algorithms Based on Saturation Functions 197
8.2 Robust Control Based on an Uncertainty Estimator 211
8.3 Discussion 226
References 227
9 Trajectory Generation, Planning & Tracking
9.1 Quadrotor Mathematical Description 229
9.2 Time-Optimal Trajectory Generation 232
9.3 UAV Routing Problem for Inspection-Like Missions 235
9.4 Trajectory Tracking Problem 238
9.5 Simulation Results 239
9.6 Discussion 255
References 255
10 Obstacle Avoidance 258
10.1 Artificial Potential Field Method 258
10.2 Obstacle Avoidance Algorithm 263
10.3 Limit-Cycle Obstacle Avoidance 272
10.4 Discussion 276
References 276
11 Haptic Teleoperation 278
11.1 Experimental Setup 279
11.2 Collision Avoidance 284
11.3 Haptic Teleoperation 285
11.4 Real-Time Experiments 286
11.5 Discussion 289
References 290
Index 292
Back Cover 302

Erscheint lt. Verlag 10.11.2016
Sprache englisch
Themenwelt Informatik Theorie / Studium Künstliche Intelligenz / Robotik
Technik Bauwesen
Technik Elektrotechnik / Energietechnik
Technik Fahrzeugbau / Schiffbau
Technik Luft- / Raumfahrttechnik
Technik Maschinenbau
ISBN-10 0-12-805339-9 / 0128053399
ISBN-13 978-0-12-805339-3 / 9780128053393
Haben Sie eine Frage zum Produkt?
PDFPDF (Adobe DRM)
Größe: 14,4 MB

Kopierschutz: Adobe-DRM
Adobe-DRM ist ein Kopierschutz, der das eBook vor Mißbrauch schützen soll. Dabei wird das eBook bereits beim Download auf Ihre persönliche Adobe-ID autorisiert. Lesen können Sie das eBook dann nur auf den Geräten, welche ebenfalls auf Ihre Adobe-ID registriert sind.
Details zum Adobe-DRM

Dateiformat: PDF (Portable Document Format)
Mit einem festen Seiten­layout eignet sich die PDF besonders für Fach­bücher mit Spalten, Tabellen und Abbild­ungen. Eine PDF kann auf fast allen Geräten ange­zeigt werden, ist aber für kleine Displays (Smart­phone, eReader) nur einge­schränkt geeignet.

Systemvoraussetzungen:
PC/Mac: Mit einem PC oder Mac können Sie dieses eBook lesen. Sie benötigen eine Adobe-ID und die Software Adobe Digital Editions (kostenlos). Von der Benutzung der OverDrive Media Console raten wir Ihnen ab. Erfahrungsgemäß treten hier gehäuft Probleme mit dem Adobe DRM auf.
eReader: Dieses eBook kann mit (fast) allen eBook-Readern gelesen werden. Mit dem amazon-Kindle ist es aber nicht kompatibel.
Smartphone/Tablet: Egal ob Apple oder Android, dieses eBook können Sie lesen. Sie benötigen eine Adobe-ID sowie eine kostenlose App.
Geräteliste und zusätzliche Hinweise

Zusätzliches Feature: Online Lesen
Dieses eBook können Sie zusätzlich zum Download auch online im Webbrowser lesen.

Buying eBooks from abroad
For tax law reasons we can sell eBooks just within Germany and Switzerland. Regrettably we cannot fulfill eBook-orders from other countries.

EPUBEPUB (Adobe DRM)
Größe: 35,9 MB

Kopierschutz: Adobe-DRM
Adobe-DRM ist ein Kopierschutz, der das eBook vor Mißbrauch schützen soll. Dabei wird das eBook bereits beim Download auf Ihre persönliche Adobe-ID autorisiert. Lesen können Sie das eBook dann nur auf den Geräten, welche ebenfalls auf Ihre Adobe-ID registriert sind.
Details zum Adobe-DRM

Dateiformat: EPUB (Electronic Publication)
EPUB ist ein offener Standard für eBooks und eignet sich besonders zur Darstellung von Belle­tristik und Sach­büchern. Der Fließ­text wird dynamisch an die Display- und Schrift­größe ange­passt. Auch für mobile Lese­geräte ist EPUB daher gut geeignet.

Systemvoraussetzungen:
PC/Mac: Mit einem PC oder Mac können Sie dieses eBook lesen. Sie benötigen eine Adobe-ID und die Software Adobe Digital Editions (kostenlos). Von der Benutzung der OverDrive Media Console raten wir Ihnen ab. Erfahrungsgemäß treten hier gehäuft Probleme mit dem Adobe DRM auf.
eReader: Dieses eBook kann mit (fast) allen eBook-Readern gelesen werden. Mit dem amazon-Kindle ist es aber nicht kompatibel.
Smartphone/Tablet: Egal ob Apple oder Android, dieses eBook können Sie lesen. Sie benötigen eine Adobe-ID sowie eine kostenlose App.
Geräteliste und zusätzliche Hinweise

Zusätzliches Feature: Online Lesen
Dieses eBook können Sie zusätzlich zum Download auch online im Webbrowser lesen.

Buying eBooks from abroad
For tax law reasons we can sell eBooks just within Germany and Switzerland. Regrettably we cannot fulfill eBook-orders from other countries.

Mehr entdecken
aus dem Bereich
der Praxis-Guide für Künstliche Intelligenz in Unternehmen - Chancen …

von Thomas R. Köhler; Julia Finkeissen

eBook Download (2024)
Campus Verlag
38,99
Wie du KI richtig nutzt - schreiben, recherchieren, Bilder erstellen, …

von Rainer Hattenhauer

eBook Download (2023)
Rheinwerk Computing (Verlag)
24,90