Инженерный журнал: наука и инновацииЭЛЕКТРОННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ
свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-53688 от 17 апреля 2013 г. ISSN 2308-6033. DOI 10.18698/2308-6033
  • Русский
  • Английский
Статья

О планировании движения космического робота

Опубликовано: 06.12.2018

Авторы: Боровин Г.К., Лапшин В.В.

Опубликовано в выпуске: #12(84)/2018

DOI: 10.18698/2308-6033-2018-12-1830

Раздел: Механика | Рубрика: Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

Рассмотрена задача управления движением космического робота, состоящего из корпуса и телескопической руки манипулятора. Робот находится в состоянии пассивного полета, не имеет либо не использует двигатели для управления движением своего корпуса. Для управления движением робота используются только двигатели, установленные в степенях подвижности руки манипулятора, поэтому на движение робота влияют только внутренние силы. Движение манипулятора оказывает заметное влияние на движение корпуса робота в силу законов сохранения количества движений и кинетического момента относительно центра масс. При этом предполагается, что векторы количества движения и кинетического момента равны нулю. Имеются ограничения на пределы изменения длины руки манипулятора и угла ее поворота относительно корпуса. Задача решается в плоской постановке. Программное движение руки манипулятора при переводе ее из начального положения в конечное, расположенное в рабочей зоне, состоит из последовательности чередующихся действий: укорочение руки манипулятора до минимального значения, ее поворот относительно корпуса робота, удлинение руки манипулятора до максимального значения, затем снова поворот руки относительно корпуса робота и т. д. Показано, что в результате этих циклических движений манипулятора относительно корпуса можно развернуть корпус робота на произвольный угол. В результате рабочая зона пассивно летящего космического робота оказывается существенно больше рабочей зоны робота с закрепленным корпусом. Рабочей зоной робота в абсолютном пространстве является кольцо, ограниченное двумя окружностями, центр которых расположен в центре масс робота, а радиусы равны минимальному и максимальному расстояниям от центра масс робота до схвата. При построении программного движения можно обеспечить не только выход схвата робота в заданное конечное положение, но и требуемое (более выгодное для проведения работ) значение угла между корпусом робота и рукой манипулятора в конечном положении


Литература
[1] Dubovsky S., Papadopouls E. The Kinematics, Dynamics, and Control of Free-Flying and Free-Floating Spase Robotics Systems. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 1993, vol. 9 (5), pp. 531–543.
[2] Moosavian S., Ali A., Papadopouls E. Free-Flying Robots in Space: an Overview on Dynamics Modelling, Planning and Control. Robotica, 2007, vol. 25 (5), pp. 537–547.
[3] Буран. URL: http://www.buran.ru (дата обращения 24.06.2017).
[4] Inaba N., Oda M. Autonomous Satellite Capture by a Space Robot — World First on Orbit Experiments on a Japanese Robot Satellite ETS-VII. Proc. of 2000 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2000, pp. 1169–1174.
[5] Рутковский В.Ю., Суханов В.М., Глумов В.М. Уравнения движения и управление свободнолетающим космическим роботом. Автоматика и телемеханика, 2010, № 1, с. 80–98.
[6] Rutkovskiy V.Yu., Sukhanov V.M., Glumov V.M. Motion Equations and Control of the Free-Flying Space Manipulator in the Reconfiguration Mode. Automation and Remote Control, 2010, vol. 71 (1), pp. 70–86.
[7] Рутковский В.Ю., Суханов В.М., Глумов В.М. Управление многорежимным космическим роботом при выполнении манипуляционных операций во внешней среде. Автоматика и телемеханика, 2010, № 11, с. 84–99.
[8] Rutkovskiy V.Yu., Sukhanov V.M., Glumov V.M. Control of Multimode Manipulative Space Robot in Outer Space. Automation and Remote Control, 2010, vol. 71 (11), pp. 2345–2359.
[9] Рутковский В.Ю., Суханов В.М., Глумов В.М. Новый подход к решению основной задачи управления свободнолетающим космическим манипуляционным роботом. Тр. XII Всероссийского совещания по проблемам управления. Москва, Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2014, с. 3853–3865.
[10] Лапшин В.В. Управление движением робота в условиях невесомости. Известия РАН. Теория и системы управления, 2017, № 1, с. 161–167.
[11] Lapshin V.V. Robot Motion Control in Zero-Gravity Conditions. Journal Computers and System Sciences International, 2017, vol. 56 (1), pp. 157–163.
[12] Borovin G.K., Lapshin V.V. About a Motion of Free-Floating Space Robot. Mathematica Montesnigri, 2017, vol. XXXIX, pp. 67–78.
[13] Лапшин В.В. Динамика и управление движением прыгающего аппарата. Известия АН СССР. Механика твердого тела, 1983, № 5, с. 42–51.
[14] Лапшин В.В. Управление движением прыгающего аппарата в фазе полета. Известия АН СССР. Механика твердого тела, 1984, № 1, с. 159–165.
[15] Hemami J., Zheng Y. Dynamics and Control of Motion on the Ground and in the Air with Application to Biped Robot. Journal of Robotics Systems, 1984, № 1, pp. 101–116.
[16] Raibert M.H. Legged robots that balance. Cambridge, Massachusetts, MIT Press, 1986, 234 p.
[17] Hodgins J., Raibert M.H. Biped Gymnastics. Robotics Research: The Fourth Int. Symp., Cambridge, Massachusetts, MIT Press, 1987, pp. 5–14.
[18] Lapshin V.V. Motion Control of a Legged Machine in the Supportless Phase of Hopping. The International Journal of Robotics Research, 1991. vol. 10 (4), pp. 327–337.
[19] Okhotsimsky D., Platonov A., Kiril’chenko A., Lapshin V., Tolstousova V. Walking Machines. Advances in Mechanics, 1992, vol. 15 (1–2), pp. 39–70.
[20] Лапшин В.В., Колесникова Г.П. Оптимальное по времени управление движением связки двух тел вокруг центра масс. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2007, № 4, с. 20–28.
[21] Лапшин В.В., Чашников С.П. Управление ориентацией прыгающего аппарата в безопорной фазе движения при нулевом кинетическом моменте. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2011, № 1, с. 55–67.
[22] Лапшин В.В. Механика и управление движением шагающих машин. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012, 199 с.
[23] Боровин Г.К., Лапшин В.В. Оптимальное управление ориентацией двух шарнирно соединенных тел в безопорной фазе движения. Известия РАН. Теория и системы управления, 2014, № 4, с. 148–160.
[24] Borovin G.K., Lapshin V.V. Optimal Attitude Control of Two Pivotally Connected Bodies in the Supportless Phase of Motion. Journal Computers and System Sciences International, 2014, vol. 53 (4), pp. 610–622.