Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Алгоритмизация наведения и управления движением космическим манипуляционным роботом в задачах сервисного обслуживания некооперируемого космического аппарата

https://doi.org/10.17587/mau.24.216-224

Полный текст:

Аннотация

В настоящий момент на орбите находится большое число не функционирующих космических аппаратов, которые закончили свой срок эксплуатации, выработали топливо или же вышли из строя по причине поломки. В связи с этим становится целесообразной концепция обслуживаемого космоса и разработка сервисных спутников для продления срока эксплуатации существующих космических аппаратов. Сервисные спутники смогут выполнять самые разные задачи: от инспекции неисправностей обслуживаемого космического аппарата до выполнения ремонтных работ и дозаправки целевого аппарата топливом. В данной статье предложены стратегия и алгоритмы наведения и управления движением космического манипуляционного робота (КМР) на этапе сближения с некооперируемым космическим объектом (НКО) для решения задач сервисного обслуживания. Целью работы являются разработка алгоритмов наведения и управления поступательным и вращательным движениями КМР для его сближения с НКО на заданное расстояние. Система управления КМР представляется в виде иерархической двухуровневой системы "наведение— стабилизация". На уровне наведения формируется кватернион перехода связанной системы координат в требуемое положение, а также формируется управление тяговыми двигателями, обеспечивающее поступательное движение КМР с требуемой скоростью. На уровне стабилизации формируется управление двигателями ориентации, необходимое для совмещения связанной системы координат КМР с направлением на НКО. В статье предложены схема и математическая модель двигательной установки, углового и поступательного движений КМР. В среде MATLAB/ Simulink осуществлено моделирование разработанных алгоритмов наведения и управления движением КМР. Результаты моделирования подтвердили работоспособность алгоритмов сближения КМР с НКО.

Об авторах

Н. Ю. Козлова
МГТУ им. Н. Э. Баумана
Россия

аспирант



А. В. Фомичев
МГТУ им. Н. Э. Баумана
Россия

канд. техн. наук, доц.



Список литературы

1. Виноградов П. В., Железняков А. Б., Спасский Б. А. Актуальные направления развития космической робототехники // Робототехника и техническая кибернетика. № 4(9). 2015. С. 3—12.

2. Tatsch A., Fitz-Coy N., Gladun S. On-orbit servicing: A brief survey // Proceedings of the IEEE International Workshop on Safety, Security, and Rescue Robotics (SSRR’06). 2006. P. 276—281.

3. Kozlova N. Y., Fomichev A. V. Promising on-orbit servicing tasks for spacecraft life extension // AIP Conference Proceedings. Vol. 2318(1). 2021. P. 130008.

4. Kozlova N. Y, Fomichev A. V. Mathematical model of free-flying space manipulation robot when approaching a noncooperative spacecraft // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 1864, N. 1. P. 012131

5. Flores-Abad A., Ma O., Pham K., Ulrich S. A review of space robotics technologies for on-orbit servicing // Progress in Aerospace Sciences. 2014. N. 68. P. 1—26.

6. Сомов Е. И., Бутырин С. А. Наведение и управление свободнолетающим роботом при завершении сближения с пассивным объектом в дальнем космосе //Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2017. Т. 19, № 4-1. С. 81—90.

7. Akhloumadi M. R., Ivanov D. Translational and angular motion control for spacecraft rendezvous with non-cooperative rotating object // AIP Conference Proceedings. 2021. Vol. 2318, N. 1. P. 050003.

8. Barbee B. W., Carpenter J. R., Heatwole S. et al. A Guidance and Navigation Strategy for Rendezvous and Proximity Operations with a Noncooperative Spacecraft in Geosynchronous Orbit // J. of Astronaut Sci. 2011. Vol. 58. P. 389—408. URL: https://doi.org/10.1007/BF03321176

9. Matsumoto S., Jacobsen S., Dubowsky S., Ohkami Y. Approach planning and guidance for uncontrolled rotating satellite capture considering collision avoidance // International symposium on artificial intelligence, robotics and automation in space. Nara, Japan. 2003.

10. Seweryn K., Banaszkiewicz M. Optimization of the trajectory of a general free-flying manipulator during the rendezvous maneuver // AIAA Guidance, Navigation and Control Conference and Exhibit. 2008. P. 7273.

11. Navabi M., Akhloumadi M. R. Nonlinear optimal control of relative rotational and translational motion of spacecraft rendezvous // Journal of Aerospace Engineering. 2017. Vol. 30, N. 5. P. 04017038.

12. Arantes G., Martins-Filho L. S. Guidance and control of position and attitude for rendezvous and dock/berthing with a noncooperative/target spacecraft // Mathematical Problems in Engineering. 2014. Vol. 2014.

13. Breger L., How J. P. Safe trajectories for autonomous rendezvous of spacecraft // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2008. Vol. 31, N. 5. P. 1478—1489.

14. Boyarko G., Yakimenko O., Romano M. Optimal rendezvous trajectories of a controlled spacecraft and a tumbling object // Journal of Guidance, Control, and dynamics. 2011. Vol. 34, N. 4. P. 1239—1252.

15. Mesarovic M. D., Macko D., Takahara Y. Theory of hierarchical, multilevel, systems. Elsevier, 2000.


Рецензия

Для цитирования:


Козлова Н.Ю., Фомичев А.В. Алгоритмизация наведения и управления движением космическим манипуляционным роботом в задачах сервисного обслуживания некооперируемого космического аппарата. Мехатроника, автоматизация, управление. 2023;24(4):216-224. https://doi.org/10.17587/mau.24.216-224

For citation:


Kozlova N.Yu., Fomichev A.V. Algorithmization of Guidance and Motion Control of a Space Manipulation Robot in the Service Tasks of a Non-Operative Spacecraft. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2023;24(4):216-224. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.24.216-224

Просмотров: 108


ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)