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

Application of the KUKA KUBE test-bed for the hardware-in-the-loop validation of the space manipulator control system

Wojtunik Mateusz, Łuczak Piotr, Rybus Tomasz, Granosik Grzegorz

Artificial Satellites : Journal of Planetary Geodesy

|

2023

|

Vol. 58, Special Issue 1

231--248

EN

The on-ground validation of control systems designed for manipulators working in orbit is very difficult due to the necessity of simulating the microgravity environment on Earth. In this paper, we present the possibilities of utilising the KUKA KUBE test-bed with industrial robots to experimentally verify space systems using hardware-in-the-loop tests. The fixed-base KUKA industrial robot is operated in gravitational environment, while the space system model plant is solved in real time parallel to on-ground experiment. The test-bed measurements are the input of the model plant, and the output of the model is treated as an input for the industrial robot actuation. In the performed experiment, the control system based on the Dynamic Jacobian is validated. The desired point that is reached by the manipulator’s endeffector is constant in the simulated environment and moving with respect to the test-bed frame. The position of the space manipulator’s end-effector is calculated by evaluating dynamics of the satellite in real-time model. The results show that the control system applied to the KUKA robot works correctly. The measurements from the torque sensors mounted in KUKA robot’s joints are in accordance with the simulation results. This fact enhances the possibilities of gravity compensation, thus simulating microgravity environment on the test-bed.

3

Identyfikacja parametrów elastycznego przegubu manipulatora kosmicznego

Wojtunik Mateusz, Basmadji Fatina Liliana, Granosik Grzegorz, Seweryn Karol

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2022

|

z. 197, t. 1

157-168

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.

4

Robust Trajectory Tracking Control of Space Manipulators in Extended Task Space

Banaszkiewicz Marek, Węgrzyn Marek, Basmadji Fatina L., Galicki Mirosław

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2022

|

R. 26, nr 4

27--35

EN

This study provides a new class of controllers for freeflying space manipulators subject to unknown undesirable disturbing forces exerted on the end-effector. Based on suitably defined taskspace non-singular terminal sliding manifold and the Lyapunov stability theory, we derive a class of estimated extended transposed Jacobian controllers which seem to be effective in counteracting the unstructured disturbing forces. The numerical computations which are carried out for a space manipulator consisting of a spacecraft propelled by eight thrusters and holonomic manipulator of three revolute kinematic pairs, illustrate the performance of the proposed controller.

PL

W pracy zaproponowano nową klasę sterowników dla manipulatorów kosmicznych przy uwzględnieniu nieznanych, niepożądanych sił zakłócających wywieranych na koniec efektora. W oparciu o odpowiednio zdefiniowane nieosobliwą, końcową rozmaitość ślizgową i teorię stabilności Lapunowa wyprowadzono klasę rozszerzonych estymowanych transponowanych sterowników Jakobianowych, ktore wydają się być efektywne w przeciwdziałaniu nieustrukturyzowanych sił zakłócających. Podejście zilustrowano również obliczeniami numerycznymi dla manipulatora kosmicznego składającego się z bazy napędzanej przez osiem pędników typu cold-gas i manipulatora holonomicznego o trzech parach kinematycznych obrotowych.

5

Planowanie manewru dokowania manipulatora kosmicznego typu planarne trójwahadło metodą endogenicznej przestrzeni konfiguracyjnej

Ratajczak A., Ratajczak J.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2018

|

z. 196

51--60

PL

W pracy przedstawiono propozycję algorytmu planowania ruchu manipulatora kosmicznego w obecności przeszkód. Wprowadzono matematyczny model dynamiki manipulatora kosmicznego typu planarne trójwahadło, który następnie poddano częściowo linearyzującemu sprzężeniu zwrotnemu. Algorytm planowania ruchu oparty jest na idei endogenicznej przestrzeni konfiguracyjnej. Zadanie planowania ruchu wraz z unikaniem przeszkód zostało rozwiązane przy pomocy algorytmu z priorytetowaniem zadań. Efektywność pracy algorytmu została przedstawiona przy pomocy badań symulacyjnych.

EN

In this paper we propose the motion planning with obstacle avoidance algorithm for space manipulator. The introduced dynamics of planar triple pendlum space manipulator is subjected to the partially feedback linearization. The motion planning algorithm is derived with an endogenous configuration space approach and the obstacle avoidance is included through the prioritarian approach. The efficiency of the presented method is illustrated with simulations.

6

Control of a planar robot in the flight phase using transverse function approach

Pazderski D., Kozłowski K.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2015

|

Vol. 63, nr 3

759--770

EN

This paper deals with stabilization and tracking control problems defined with respect to a planar mechanical structure similar to Raibert’s robot. The proposed control solution is based on formal analysis of the control system on a Lie group. In order to take advantage of Lie group theory a dynamic extension of the robot kinematics is introduced. To cope with non-zero angular momentum the controller based on transverse functions is employed. Properties of the closed-loop control system are investigated based on simulations including practical stabilization at neighborhood of a constant point or a reference trajectory.

7

Projekt i budowa dwóch modeli laboratoryjnych manipulatorów jako stanowisk badawczych do testowania algorytmów sterowania manipulatorami kosmicznymi

Grassmann K., Nicolau-Kukliński J., Rutkowski K., Seweryn K., Wawrzaszek R., Kuciński T.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2014

|

z. 194, t. 1

87--96

PL

Podczas procesu projektowania układów sterowania do urządzeń pracujących w warunkach mikrograwitacji niezbędna jest możliwość przeprowadzenia testów, które pozwolą na weryfikację poprawności działania algorytmu. Kluczowym problemem jest budowa stanowisk testowych pozwalających na symulowanie układów o swobodnej bazie w trzech wymiarach. Artykuł zawiera opis dwóch stanowisk testowych wykorzystywanych do destowania algorytmów sterowania w zrobotyzowanych systemach satelitarnych oraz do korelacji modeli numerycznych. W artykule opisano symulator warunków mikrograwitacji w postaci manipulatora płaskiego ze swobodną bazą umieszczoną na łożyskach powietrznych oraz stanowisko testowe wyposażone w manipulator o 7 stopniach swobody z utwierdzoną bazą i systemem odciążania.

EN

The paper presents detailed of two test beds for testing control algorythms used in on orbit servising satelite system. Such test beds are used for verfication and validation numerical models. The satellite equipped with manipulator is a free-floating system, which control is challenging task due to influence of motion robotic's arm on its base. The first part of the paper presents new planar air-bearing microgravity simulator which has two distinctive. The second test bed is a 7DOF manipulator with fixed base. The mapipulator is designed to accomplished the space requirements about loads. The paper also presents the relief system enabling testing mentioned on Earth.