Identyfikacja parametrów elastycznego przegubu manipulatora kosmicznego

• Autorzy: Wojtunik Mateusz , Basmadji Fatina Liliana , Granosik Grzegorz , Seweryn Karol

Warianty tytułu

EN

Parameter identification of space manipulator’s flexible joint

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wykorzystanie manipulatora umieszczonego na satelicie jest jedną z metod rozpatrywanych w kontekście przeprowadzenia misji usuwania kosmicznych śmieci. Układy sterowania manipulatorami kosmicznymi muszą wykorzystywać model dynamiki ze względu na wpływ ruchu manipulatora na pozycję i orientację satelity serwisowego. Istotne jest więc projektowanie precyzyjnych modeli matematycznych pozwalających na odzwierciedlenie rzeczywistego układu. W tym celu konieczna jest identyfikacja parametrów modelu. W pracy przedstawiona została identyfikacja parametrów elastycznego przegubu manipulatora kosmicznego w oparciu o model dynamiki. Testy wykonano w emulowanych warunkach mikrograwitacji. Wykorzystanie modelu uwzględniającego elastyczność w przegubie pozwoliło na poprawę zgodności pomiędzy symulacją a przebiegami testowymi. Zidentyfikowane parametry osiągają wartości zgodne z rzeczywistymi.

EN

It is considered to use a manipulator mounted on a satellite in order to perform active debris removal missions. Space manipulator control systems need to take dynamic model into account because of the influence of the manipulator motion on the position and attitude of the satellite. Therefore, precise modelling of the system’s dynamics as well as parameter identification are needed in order to reflect the real systems behaviour better. In this paper we presented the identification of the flexible-joint space manipulator model based on dynamic equations of motion. Experiments were performed in emulated microgravity environment using planar air bearings. Including joint flexibility in the dynamic model allowed to reflect the experimental measurements better than the reference model. Identified parameters of the flexible joint have values corresponding to real system parameters.

Słowa kluczowe

PL

planowanie ruchu; planowanie działań; planowanie zadań; manipulator kosmiczny

EN

traffic planning; action planning; task scheduling; space manipulator

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika
• Rocznik: 2022
• Tom: z. 197, t. 1
• Strony: 157--168
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Wojtunik Mateusz

• Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN), Warszawa

autor

Basmadji Fatina Liliana

• Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN), Warszawa

autor

Granosik Grzegorz

• Politechnika Łódzka, Instytut Automatyki, Zakład Sterowania Robotów

autor

Seweryn Karol

• Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN), Warszawa

Bibliografia

• 1. F. L. Basmadji, G. Chmaj, T. Rybus, K. Seweryn. Microgravity testbed for the development of space robot control systems and the demonstration of orbital maneuvers. In: SPIE: Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry and High-Energy Physics Experiments. Proceedings. Wilga, Poland, 2019.
• 2. C. Bonnal, J.M. Ruault, M.C. Desjean. Active debris removal: Recent progress and current trends. Acta Astronautica. 2013, Vol. 50, s. 71-96.
• 3. F. Cavenago, A.M. Giordano, M. Massari. Control force observer for robots. In: IEEE CDC. Proceedings. Nice, France, 2019.
• 4. O.-O. Christidi-Loumpasefski, C. Ntinos, E. Papadopoulos. Analytics and experimental parameter estimation for free-floating space manipulator systems. In: ASTRA. Proceedings. Leiden, Netherlands, 2017.
• 5. I. Dulęba. Impact of control representations on efficiency of local nonholonomic motion planning. Biuletyn of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences. 2011, vol. 59(2), s. 213-218.
• 6. S. Estable et al. Capturing and deorbiting Envisat with an airbus Spacetug. Results from the ESA e.deorbit Consolidation Phase study. Journal of Space Safety Engineering. 2020, Vol. 7(1), s. 52-66.
• 7. H. Garnier, L. Wang. Advances in industrial control: Identification of continuous – time models from sampled data. Springer 2003.
• 8. J.C. Lagarias, J.A. Reeds, M.H. Wright, P.E. Wright. Convergence properties of the Nelder-Mead simplex method in low dimensions. SIAM Journal of Optimization. 1998, Vol. 9(1), s. 112-147.
• 9. X. Liu, H. Li, J. Wang, G. Cai. Dynamics analysis of flexible space robot with joint friction. Aerospace Science and Technology. 2015, vol. 47, s. 164-176.
• 10. O. Ma, H. Dang. On-orbit identification of inertia properties of spacecraft using a robotic arm. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2008, vol. 31(6), s. 1761-1771.
• 11. R. Moczydłowski. Projekt element podatnego pary kinematycznej manipulatora satelitarnego bazujący na optymalizacji topologicznej z wykorzystaniem opragrowania MES. Praca inżynierska, Politechnika Warszawska, 2017.
• 12. K. Nanos, E. Papadopoulos. On the dynamics and control of flexible joint space manipulator. Control engineering Practise. 2015, Vol. 45, s. 230-243.
• 13. J. Qingxuan, Z. Xiaodong, S. Hanxu, c. Ming. Active control of space flexible – joint/flexible-link manipulator. In: IEEE RAM. Proceedings. Chengdu, China, 2008, s. 812-818.
• 14. J. Ratajczak, K. Tchoń. Normal forms and singularities of non-holonomic robotic systems: a study of free-floating space robots. Systems & Control Letters. 2020, Vol. 138(104661).
• 15. J. Z. Sąsiadek. Space robotics and its challenges. In: Aerospace Robotics. GeoPlanet: Earth and Planetary Science, Springer, 2013, s. 1-8.
• 16. M. Shan, J. Guo, E. Gill. Review and Comparison of active space debris capturing and removal. Progress in Aerospace Sciences. 2016, Vol. 80, s. 18-32.
• 17. H. Schaub, J.L. Junkins. Analytical mechanics of aerospace systems. AIAA 2002.
• 18. S. Ulrich, J.Z. Sąsiadek, I. Barkana. Modeling and direct adaptive control of a flexible-joint manipulator. Journal of Guidance, Control and Dynamics. 2012, vol. 35(1), s. 25-39.
• 19. X.-Y. Yu. Augmented robust control of a free-floating flexible space robot. Journal of Aerospace Engineering. 2015, vol. 229(5), s. 947-957.
• 20. K. Yoshida, Y. Umetani. Control of a space free-flying robot. In: IEEE CDC. Proceedings. Honolulu, USA, 1990.
• 21. H. Wang, Y. Xie. Prediction error based adaptive jacobian tracking for free-floating space manipulators. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2012, vol. 48(4), s. 3207-3221.
• 22. M. Wojtunik, K. Seweryn. The influence of the gear reduction ratio on the free-floating space manipulator’s dynamics. In: ICINCO. Proceedings. Online, 2021.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).