Emulating On-Orbit Interactions Using Forward Dynamics Based Cartesian Motion

要約

整備や組み立てなどの軌道上での作業は、将来の宇宙産業の優先事項と考えられています。
軌道上の相互作用をエミュレートする地上施設は、宇宙技術の開発とテストのための重要なツールです。
この論文では、地上のロボットマニピュレータを使用して軌道上での運用をエミュレートするための制御フレームワークを紹介します。
これは、ロボット マニピュレータのデカルト運動制御のための仮想順ダイナミクス モデル (VFDM) と、クロヘシー ウィルトシャー (CW) モデルに基づく軌道ダイナミクス シミュレータ (ODS) を組み合わせています。
VFDM ベースの逆運動学 (IK) ソルバーは、従来の IK ソルバーよりも優れたモーション トラッキング、パス精度、およびソルバーの収束性を備えていることが知られています。
したがって、特異な構成または特異に近い構成であっても、軌道エミュレーションに基づいてマニピュレータに安定したデカルト運動を提供します。
このフレームワークは、自由浮遊衛星の動きと自由浮遊相互作用 (衝突) の 2 つのシナリオをエミュレートすることにより、SnT の ZeroG-Lab ロボット施設でテストされます。
結果は、ODS によって命令されたシミュレートされた動作と、ロボットに取り付けられたモックアップによって実行された動作との間の忠実度を示しています。

要約(オリジナル)

On-orbit operations such as servicing and assembly are considered a priority for the future space industry. Ground-based facilities that emulate on-orbit interactions are key tools for developing and testing space technology. This paper presents a control framework to emulate on-orbit operations using on-ground robotic manipulators. It combines Virtual Forward Dynamics Models (VFDM) for Cartesian motion control of robotic manipulators with an Orbital Dynamics Simulator (ODS) based on the Clohessy Wiltshire (CW) Model. The VFDM-based Inverse Kinematics (IK) solver is known to have better motion tracking, path accuracy, and solver convergency than traditional IK solvers. Thus, it provides a stable Cartesian motion for manipulators based on orbit emulations, even at singular or near singular configurations. The framework is tested at the ZeroG-Lab robotic facility of the SnT by emulating two scenarios: free-floating satellite motion and free-floating interaction (collision). Results show fidelity between the simulated motion commanded by the ODS and the one executed by the robot-mounted mockups.

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