The paper presents a novel Hardware-In-the-Loop (HIL) emulation framework of on-orbit interactions using on-ground robotic manipulators. It combines Virtual Forward Dynamic Model (VFDM) for Cartesian motion control of robotic manipulators with an Orbital Dynamics Simulator (ODS) based on the Clohessy Wiltshire (CW) Model. VFDM-based Inverse Kinematics (IK) solver is known to have better motion tracking, path accuracy, and solver convergency than traditional IK solvers. Therefore it provides a stable Cartesian motion for manipulator-based HIL on-orbit emulations. The framework is tested on a ROS-based robotics testbed to emulate two scenarios: free-floating satellite motion and free-floating interaction (collision). Mock-ups of two satellites are mounted at the robots' end-effectors. Forces acting on the mock-ups are measured through an in-built F/T sensor on each robotic arm. During the tests, the relative motion of the mock-ups is expressed with respect to a moving observer rotating at a fixed angular velocity in a circular orbit rather than their motion in the inertial frame. The ODS incorporates the force and torque values on the fly and delivers the corresponding satellite motions to the virtual forward dynamics model as online trajectories. Results are comparable to other free-floating HIL emulators. Fidelity between the simulated motion and robot-mounted mock-up motion is confirmed.
翻译:本文展示了使用地面机器人操纵器在轨互动的新型硬盘-在Loop(HIL)模拟框架。 它将机器人操纵机的卡泰西运动控制的虚拟前方动态模型(VFDM)与基于Clohessy Wiltshire(CW)模型的轨道动态动态模拟器(ODS)结合起来。 VFDM 的Inverse Kinematics(IK)解决方案已知其运动跟踪、路径精确度和解答器比传统的 IK 解答器更佳。 因此, 它为基于操作机的在轨虚拟模模模模模模模模拟提供了稳定的卡泰氏运动。 这个框架在基于ROS的机器人动作控制器上测试,可以模仿两种情景: 自由浮动卫星运动和自由漂浮互动(collision) 模型。 机器人模型上的模拟力量通过每个机器人手臂的内置F/T传感器测量。 测试期间, 模拟模型和前向前方运动的模拟运动的相对移动动作动作, 与轨道的轨道上的移动比轨道的轨道的轨道上, 和方向的轨道上, 向轨道的轨道上相对的惯变的轨道上, 向轨道的轨道上, 向轨道的轨道的轨道上, 向,以固定的惯变式的轨道的轨道的轨道上,是固定的惯变的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道,,,以正式的轨道的惯变的惯变的轨道上,, 向式的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道上,是向,是向式的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道,以正向,以正向,以。 向,以。 向,以。 向,以正向,以正向,以正向,以正向,以正向,以正向,以正向式的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道上,以正向式的轨向,以正向,以正向式的轨道上,以正向式的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道向式的轨道上,以正向