Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Application of Impedance Control of the Free Floating Space Manipulator for Removal of Space Debris

Palma Piotr, Rybus Tomasz, Seweryn Karol

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2023

|

R. 27, nr 3

95--106

EN

A broad and significant class of space debris can be mitigated by means of a satellite, capable of capturing a large non-cooperating object by using a robotized arm with a gripper. The capture operation typically comprises of an approach, a close-on manoeuvre, establishing contact between the robotic grappler arm and a suitable feature on the target satellite, and finally it is concluded when a positive mechanical connection is achieved by the gripper closed on that feature. The phase of establishing contact poses a critical challenge in this scenario, since the target typically will be tumbling with respect to the chaser satellite causing high forces on the gripper and the robotic arm. A family of control methods known collectively as impedance control is typically employed in terrestrial robots for tasks involving an interaction with an environment, especially the dynamic contact. In this work, we present the model-based impedance control applied to a robotic manipulator on a free floating base. The derivation of impedance control law for a robotic manipulator on a free floating satellite, involving Generalized Jacobian Matrix (GJM), is presented, followed by simulation results comparing the loads in the manipulator joints against a classical GJM-based Cartesian controller. The simulation results show that the impedance controlled free floating robotic manipulator completes the task of trajectory following amid contact with unknown target with lower torques in the robot joints.

PL

Wiele obiektów orbitujących Ziemię stanowią wyeksploatowane lub nieczynne satelity i inne urządzenia kosmiczne oraz ich fragmenty. Poruszając się w sposób niekontrolowany po orbitach aktywnie wykorzystywanych stanowią zagrożenie dla czynnych satelitów, stacji kosmicznej, astronautów jak i również rakiet wynoszących w przestrzeń kosmiczną nowe satelity. Obiekty te uznawane są za śmieci kosmiczne. Zdolność chwycenia i manipulowania niewspółpracującym obiektem na orbicie Ziemi przez robota satelitarnego pozwoliła by na zmniejszenie liczby śmieci kosmicznych i zagrożeń z nimi związanych w dwojaki sposób: po pierwsze umożliwiła by chwycenie i usunięcie śmieci kosmicznych znacznej wielkości z orbity, po drugie dała by możliwość serwisowania i tym samym przedłużenia okresu eksploatacyjnego satelitów będących blisko końca swojej nominalnej misji, zapobiegając by stały się one śmieciami kosmicznymi. Oba te zastosowania wymagają fizycznego wejścia w kontakt pojazdu kosmicznego chwytającego oraz obiektu chwytanego. W naziemnych zastosowaniach robotów, w których dochodzi do kontaktu manipulatora robota z otoczeniem, powszechnie stosowane są metody sterowania impedancyjnego. W niniejszym tekście autorzy proponują wykorzystanie sterowania impedancyjnego w oparciu o model (model-based impedance control) do realizacji manewru wejścia w kontakt końcówki manipulatora robota satelitarnego z niewspółpracującym obiektem w stanie nieważkości. W pracy przedstawiono wyprowadzenie prawa sterowania impedancyjnego manipulatorem o swobodnej bazie w oparciu o model, z wykorzystaniem jakobianu uogólnionego (Generalized Jacobian Matrix, GJM), oraz rezultaty symulacji manewru wejścia końcówki roboczej manipulatora kosmicznego w kontakt z nieważkim obiektem. Wyniki symulacji pokazują, że zaproponowane prawo sterowania pozwala realizować zadanie śledzenia trajektorii zachowując momenty i obciążenia w przegubach robota na niskim poziomie.

2

Naziemna weryfikacja manewrów realizowanych przez robota kosmicznego

Basmadji F. L., Biedrzycka A., Pawlus M., Seweryn K., Sąsiadek J.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2018

|

z. 196

35--50

PL

Serwisowanie satelitów na orbicie, w tym wymiana uszkodzonych podsystemów, instalowanie nowych urządzeń, uzupełnianie paliwa, jak również budowanie dużych struktur na orbicie są to tylko niektóre zadania, które mogą być realizowane przez roboty kosmiczne. Z tego powodu opracowywane są modele symulacyjne robotów kosmicznych, które następnie są używane do opracowania różnych algorytmów i układów sterowania. Ze względu na redukcję wpływu grawitacji przez siłę odśrodkową wynikającą z ruchu orbitalnego, walidacja robotów kosmicznych na Ziemi jest skomplikowana. Istnieje kilka sposobów umożliwiających przeprowadzenie potrzebnych testów w warunkach zbliżonych do warunków panujących na orbicie. W niniejszym artykule przedstawiono możliwość weryfikacji działania robota kosmicznego, przy użyciu stanowiska testowego znajdującego się w CBK PAN. Omówiono przy tym przejście z modelu robota znajdującego się w przestrzeni kosmicznej do modelu robota znajdującego się na stanowisku testowym. Następnie omówiono identyfikację parametrów robota kosmicznego na stanowisku planarnym oferującym minimalizację wpływu grawitacji przy jednoczesnej redukcji wymiaru układu. W niniejszej pracy przedstawiono również wyniki przeprowadzonych symulacji oraz eksperymentów dla wybranego manewru robota kosmicznego.

EN

On-orbit servicing including the replacement of damaged subsystems, installation of new devices, refueling as well as on-orbit assembly of large structures are only some of the tasks that can be accomplished by space robots. For this reason, space robots simulation models are being developed in order to develop different algorithms and control systems. Due to the centrifugal force resulting from the orbital motion, the influence of gravity is reduced, thus, the validation of space robots on Earth is complicated. There are several ways to carry out the necessary tests in conditions similar to those on orbit. In this paper, the ability to verify the operation of the space robot using a 2D microgravity test bed at CBK PAN is presented. This paper also discusses the transition of the space robot model from the case where the space robot is operating in space to the case where the robot is similar to that working on the presented test bed. Next, the identification of the space robot parameters on a flat test bed that offers the minimization of the gravitational influence with the reduction of system dimension is discussed. Finally, the results of the conducted simulations and experiments for a chosen maneuver are presented.

3

Stanowisko testowe do walidacji algorytmów sterowania robotem kosmicznym

Oleś J., Kindracki J., Rybus T., Seweryn K., Wolański P.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2016

|

z. 195, t. 1

265--278

PL

Wykorzystanie robotów kosmicznych, tj. satelitów wyposażonych w manipulatory, jest jedną z rozważanych strategii na pozbycie się tzw. "śmieci kosmicznych". Ze względu na krótki czas trwania manewru przechwytywania robot kosmiczny powinien cechować się dużym stopniem autonomii. Niniejszy artykuł dotyczy problematyki sterowania robotem kosmicznym na orbicie, a także zagadnień związanych z testowaniem takiego układu w warunkach laboratoryjnych. Stanowisko testowe w Centrum Badań Kosmicznych PAN wykorzystuje łożyska powietrzne do symulacji warunków mikro grawitacji na płaszczyźnie i pozwala na testowanie zaawansowanych algorytmów sterowania dla robotów kosmicznych wyposażonych w silniki manewrowe. W pracy przedstawiono modyfikację systemu testowania polegającą na wyposażeniu bazy manipulatora w silniki manewrowe na sprężony gaz, które pozwalają na ruch układu robotycznego, oraz wykorzystanie sygnału o pozycji i orientacji członów robota z zewnętrznego systemu wizyjnego przekazywanego do układu sterowania.

EN

The paper presents a testbed in Space Research Centre (CBK PAN) that could be used for testing advanced control systems for robotic spacecrafts. Such devices are designed to catch objects on orbit, especially "space junk" for the purposes of deorbiting, servicing or refuelling. The testbed allows for experiments with planar 2DoF manipulator mounted on a base with a set of coldgas engines. An important issue is that control systems is able to work in closed loop because of the external vision system signal on objects positions.