Space Debris Reliable Capturing by a Dual-Arm Orbital Robot: Detumbling and Caging

要約

ロボットアームを備えたチェイサー衛星はスペースデブリを捕捉し、燃料補給や軌道離脱などのより高度なミッションに使用するために操作することができます。
捕獲を容易にするために、制御システムを簡素化するためのケージベースの戦略が提案されています。
ケージングには、ターゲット デブリの動きを幾何学的に制限することが含まれ、位置制御によって実現されます。
ただし、ターゲットが高速で回転している場合、ダイレクト ケージングでは制約が失敗したり、ハードウェアが破壊されたりする可能性があります。
したがって、ターゲットをキャプチャする前にタンブルを解除する必要があります。
この問題に対処するために、この研究では、インピーダンス制御を使用してターゲットの運動量を軽減する、反復接触ベースの方法を提案します。
本研究では、提案されたデタンブリング手法をインピーダンスパラメータの観点から分析しました。
私たちはパラメトリック解析を通じてそれらの影響を調査し、スペースデブリの代表として超小型衛星のデタンブリングとケージングのシーケンスが成功したことを実証しました。
直接ケージと比較して、デタンブリングシーケンス中の接触力は減少しました。
さらに、提案されたデタンブリングとケージのシーケンスは、二次元微小重力エミュレーションテストベッドで双腕空中浮遊ロボットを使用したシミュレーションと実験を通じて検証されました。

要約(オリジナル)

A chaser satellite equipped with robotic arms can capture space debris and manipulate it for use in more advanced missions such as refueling and deorbiting. To facilitate capturing, a caging-based strategy has been proposed to simplify the control system. Caging involves geometrically constraining the motion of the target debris, and is achieved via position control. However, if the target is spinning at a high speed, direct caging may result in unsuccessful constraints or hardware destruction; therefore, the target should be de-tumbled before capture. To address this problem, this study proposes a repeated contact-based method that uses impedance control to mitigate the momentum of the target. In this study, we analyzed the proposed detumbling technique from the perspective of impedance parameters. We investigated their effects through a parametric analysis and demonstrated the successful detumbling and caging sequence of a microsatellite as representative of space debris. The contact forces decreased during the detumbling sequence compared with direct caging. Further, the proposed detumbling and caging sequence was validated through simulations and experiments using a dual-arm air-floating robot in two-dimensional microgravity emulating testbed.

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