Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The obstacle vector field (OVF) method for collision-free trajectory planning of free-floating space manipulator

Rybus Tomasz

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2022

|

Vol. 70, nr 2

art. no. e140691

EN

Manipulators mounted on small satellites will be used to perform on-orbit servicing, removal of space debris, and assembly of large orbital structures. During such operations, the manipulator must avoid collisions with the target object or the elements of the assembled structure. Planning of the manipulator trajectory is one of the major challenges for the proposed missions because the motion of the manipulator influences the position and orientation of the satellite. Thus, the dynamic equations of motion must be used during trajectory planning. Methods developed for fixed-base manipulators working on Earth cannot be directly applied. In this paper, we propose a new obstacle vector field (OVF) method for collision-free trajectory planning of a manipulator mounted on a free-floating satellite. The OVF method is based on a vector field that surrounds the obstacles and generates virtual forces that drive the manipulator around the obstacles. The OVF method is compared with the classical artificial potential field (APF) method and the rapidly exploring random trees (RRT) method. In the presented examples the trajectory planning problem is solved for a planar case in which the satellite is equipped with a 2 DoF manipulator. It is shown that the OVF method is more efficient than the APF method, i.e., it allows us to solve the trajectory planning problem in some of the cases, in which the APF method is unsuccessful. The time required to find the solution with the use of the OVF method is shorter than the time needed by the APF and the RRT method.

2

Zastosowanie metody sztucznych pól potencjału do planowania trajektorii manipulatora satelitarnego

Rybus T., Seweryn K.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2018

|

z. 196

61--74

PL

Planowane są obecnie misje kosmiczne, których celem ma być naprawa satelitów lub usuwanie z orbity kosmicznych śmieci. Do przechwytywania obiektów na orbicie rozważa się wykorzystanie manipulatora. Trajektoria manipulatora musi być zaplanowana w taki sposób, aby nie dopuścić do kolizji z elementami przechwytywanego satelity. W pracy przedstawiony został algorytm planowania trajektorii manipulatora satelitarnego oparty na metodzie sztucznych pól potencjału (APF). Proponowana metoda została zbadana w symulacjach numerycznych przeprowadzonych dla przypadku płaskiego, a otrzymane wyniki porównano z wynikami otrzymanymi z zastosowaniem algorytmu Rapidly-exploring Random Trees (RRT). Obie metody pozwoliły na znalezienie bezkolizyjnych trajektorii manipulatora. Metoda APF może stanowić mniej wymagającą obliczeniowo alternatywę dla metody RRT.

EN

New missions are currently planned to perform satellite servicing and removal of space debris. It is considered to use a manipulator for capturing objects on-orbit. Trajectory of the manipulator must avoid collisions with elements of the satellite. We present trajectory planning algorithm based on the artificial potential field method (APF). The proposed method has been verified in numerical simulations performed for a planar case. The results obtained with the APF method were compared with results obtained using the Rapidly-exploring Random Trees (RRT) algorithm. Both methods were successful in finding collision-free trajectories.

3

Współrzędne barycentryczne w sterowaniu robotem kosmicznym z redundantnymi napędami

Jakubiak J.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2018

|

z. 196

87--96

PL

W pracy przedstawiono zastosowanie afinicznych uogólnionych współrzędnych barycentrycznych do sterowania bazą planarnego robota kosmicznego napędzanego silnikami odrzutowymi. Rozpatrywane jest kryterium minimalizacji energii sterowania w zadaniu lokalnym. W pracy pokazano, że możliwym jest uzyskanie sterowań dopuszczalnych bez konieczności korzystania z procedur iteracyjnych.

EN

The paper presents an application of affine generalized barycentric coordinates in control. The controlled object is a base of a planar space manipulator driven by thrusters. The controls are chosen to minimize control energy in a local task. It is shown in the paper that with barycentric coordinates approach it is possible to obtain admissible controls without the use of iterative procedures.

4

Struktura mechaniczna i układ sterowania zrobotyzowanym montażem astronomicznym

Kozłowski K., Pazderski D., Krysiak B., Jedwabny T., Kozłowski S., Brock S., Janiszewski D., Nowopolski K.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2018

|

z. 196

5--14

PL

Praca przedstawia ogólny opis dotyczący projektowania zrobotyzowanego montażu teleskopu astronomicznego klasy 0,5 m. Scharakteryzowano strukturę mechaniczną i elektryczną urządzenia oraz jego elementy pomiarowe. Następnie przedstawiono algorytm sterowania osią wykorzystujący aktywną kompensację zakłócenia. Wyniki śledzenia trajektorii złącza obrotowego zbadano eksperymentalnie również w odniesieniu do przestrzeni zewnętrznej.

EN

In this paper, a short description of a robotised mount of the 0.5 m class astronomical telescope is provided. Mechanical and electrical parts of the mount and its measuring system are discussed. Next, an algorithm designed for motion control which is based on the active disturbance rejection paradigm is considered. In order to illustrate the performance of the closed-loop system, experimental results of trajectory tracking in the joint and the task spaces are compared.

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

Odsprzęganie wejściowo-wyjściowe satelity typu free-floating z manipulatorem planarnym

Domski W., Mazur A.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2018

|

z. 196

75--86

PL

Praca prezentuje wyniki otrzymane podczas symulowania zachowania satelity typu free-ftoating z wykorzystaniem metody odsprzęgania wejściowo-wyjściowego. Obiektem badań jest satelita bez napędu ze sztywnym manipulatorem o dwóch obrotowych stopniach swobody. W pracy rozważono przypadek płaski, gdy ruch satelity wykonywany jest w jednej płaszczyźnie. Ponadto, podczas modelowania dynamiki obiektu wykorzystano dwa różne podejścia. Pierwsze z nich jest standardowe, gdzie zarówno w jawny sposób występują równania satelity, jak i manipulatora. Natomiast drugie podejście tzw. "ze zwiniętą bazą" w efekcie daje równania dynamiki, gdzie w jawny sposób nie występują zmienne bazy. Porównanie otrzymanych wyników zostało szczegółowo omówione. Pokazano, że obydwa podejścia dają te same wyniki z dokładnością do błędów numerycznych i przyjętych założeń .

EN

This work presents result acquired during simulation studies of a free-floating satellite behaviour with input-output decoupling approach. The research object is a free-floating satellite with 2 DoF rigid planar manipulator. In this work a planar movement was only investigated where satellite is moving only in a single plane. Moreover, during modelling dynamics of the object two approaches were implemented. First approach is a standard one where satellite's and manipulator's state is explicitly presents. While the second approach is called "with rolled base" which finally gives dynamics where base state is implicit. Comparison of the results was discussed in detail and it was shown that those two approaches give the same results to the nearest numerical errors and additional assumptions.

7

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.

8

Educational nanosatellite detumbling simulator

Postulka B., Rachucki J., Moczała B., Zagórski P., Gallina A.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2018

|

z. 196

97--104

EN

The paper presents an overview of the educational nanosatellite detumbling simulator used as an educational tool at AGH University of Science and Technology in Krakow. The simulator consists of a Helrnholtz cage and semi-spherical air bearing used with a highly configurable test article that represents the satellite performing the detumbling manoeuvre. All those elements are supplemented with their respective software tools, developed in-house. This facility is used as part of a student project, where small teams will design and implement an attitude control system for detumbling the spacecraft based on the b-dot algorithm. Theoretical and practical aspects are combined in the students' project for increasing learning effects.

9

Analiza tarcia w zrobotyzowanym montażu astronomicznym

Piasek J., Pazderski D., Kozłowski K.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2018

|

z. 196

25--34

PL

Celem artykułu jest zbadanie zjawisk dynamicznych występujących w nowo powstałym zrobotyzowanym montażu astronomicznym. Jednym z głównych zakłóceń pogarszających jakość ruchu teleskopu jest tarcie, którego wpływ na działanie systemu uwidacznia się w szczególności przy zmianie znaku prędkości. Identyfikacja i kompensacja tarcia w obiekcie tego typu ma istotne znaczenie z punktu widzenia dokładności śledzenia obiektów na niebie z dokładnością sięgającą pojedynczych sekund kątowych. W pracy przedstawiono procedurę identyfikacji parametrów statycznych oraz dynamicznych modelu tarcia LuGre oraz uzyskane wyniki eksperymentalne, które pozwalają zaobserwować najważniejsze zjawiska dynamiczne charakteryzujące tarcie zarówno w reżimie ślizgowym jak i przedślizgowym.

EN

The aim of this paper was to examine the friction behavior in the new robotic astronomical mount. Friction is one of the main disturbances present in the system. Its influence is mostly visible during the velocity reversals. Identification and compensation of the friction is crucial to achieve sub-arcsec tracking accuracies at very low velocities. In this paper the procedure for identification of static and dynamic frictional parameters of LuGre model is presented. The experimental results show main behaviors of friction present both in sliding in presliding regime.

10

Algorytm sterowania ruchem osi zrobotyzowanego montażu teleskopu

Patelski R., Pazderski D.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2018

|

z. 196

15--24

PL

Praca dotyczy zadania precyzyjnego śledzenia trajektorii pozycji i przedstawia propozycję sterownika odpornego na pewną klasę ograniczonych addytywnych zaburzeń dynamiki modelu. Algorytm wykorzystujący obserwator o dużym wzmocnieniu i technikę aktywnej kompensacji (ang. ADRC) zaprojektowano do sterowania ruchem pojedynczej osi zrobotyzowanego teleskopu astronomicznego. Dowód stabilności sformułowano na podstawie analizy liniowej oraz metody Lapunowa. Rozważono dwa podsystemy sterowania prądem/momentem i porównano ich właściwości na podstawie wyników badań eksperymentalnych.

EN

In this paper, the task of precise tracking of a position trajectory is investigated. To solve this problem, a control structure robust to a certain class of bounded additive disturbances is proposed. The algorithm is based on a high gain observer and the active disturbance rejection control (ADRC) approach. It is designed to control a single axis of a robotized astronomical mount. The stability proof is formulated using linear analysis and the Lyapunov method. Two current/torque control subsystems are considered and their properties are compared based on experimental studies.

11

Application of predictive control for manipulator mounted on a satellite

Rybus T., Seweryn K., Sąsiadek J. Z.

Archives of Control Sciences

|

2018

|

Vol. 28, No. 1

105--118

EN

Specific conditions of on-orbit environment are taken into account in the design of all devices intended to be used in space. Despite this fact malfunctions of satellites occur and sometimes lead to shortening of the satellite operational lifetime. It is considered to use unmanned servicing satellite, that could perform repairs of other satellites. Such satellites equipped with a manipulator, could be used to capture and remove from orbit large space debris. The critical part of planned missions is the capture manoeuvre. In this paper a concept of the control system for the manipulator mounted on the satellite is presented. This control system is composed of the trajectory planning module and model predictive controller (the latter is responsible for ensuring precise realization of the planned trajectory). Numerical simulations performed for the simplified planar case with a 2 DoF manipulator show that the results obtained with the predictive control are better than the results obtained with adaptive control method.

12

Reducing the dynamics of a space robot modeled with quaternions

Isenberg D. R., Kakad Y. P.

Systems Science

|

2009

|

Vol. 35, no 2

49-57

EN

This paper begins by describing the dynamical modeling of a two-link space manipulator using a constrained Lagrangian approach to mechanics. The dynamics of the space robot are obtained as a system of index-3 differential algebraic equations due to the use of quaternions as rotation operators. These equations are converted into a system of ordinary differential equations. A computed torque technique is utilized, based on the ordinary differential equation model, to reduce the size of the dynamical equations. The limitations of the technique are discussed. Specifically, it is shown that the input forces cannot be completely decoupled. As an example of how the composite system might be used, a proportional-derivative controller is implemented. The current limitations in analysis for this type of system are also described.