In-Space Servicing, Assembly, and Manufacturing (ISAM) is a set of emerging operations that provides several benefits to improve the longevity, capacity, mo- bility, and expandability of existing and future space assets. Serial robotic ma- nipulators are particularly vital in accomplishing ISAM operations, however, the complex perturbation forces and motions associated with movement of a robotic arm on a free-flying satellite presents a complex controls problem requiring addi- tional study. While many dynamical models are developed, experimentally test- ing and validating these models is challenging given that the models operate in space, where satellites have six-degrees-of-freedom (6-DOF). This paper attempts to resolve those challenges by presenting the design and development of a new hardware-in-the-loop (HIL) experimental testbed utilized to emulate ISAM. This emulation will be accomplished by means of a 6-DOF UR3e robotic arm attached to a satellite bus. This satellite bus is mounted to a 1-DOF guide-rail system, en- abling the satellite bus and robotic arm to move freely in one linear direction. This experimental ISAM emulation system will explore and validate models for space motion, serial robot manipulation, and contact mechanics.


翻译:在轨服务、组装与制造(ISAM)是一系列新兴操作,旨在通过提升现有及未来空间资产的使用寿命、承载能力、机动性与可扩展性带来多重效益。串联式机械臂在实现ISAM操作中尤为关键,然而,自由飞行卫星上机械臂运动所产生的复杂扰动力与运动构成了一个需要进一步研究的复杂控制问题。尽管已有多种动力学模型被建立,但由于这些模型在卫星具有六自由度(6-DOF)的太空环境中运行,对其进行实验测试与验证仍面临挑战。本文通过提出一种用于模拟ISAM的新型硬件在环(HIL)实验测试平台的设计与开发,试图解决这些挑战。该模拟将通过安装在卫星平台上的6-DOF UR3e机械臂实现。该卫星平台搭载于一维自由度导轨系统,使卫星平台与机械臂能在单一线性方向上自由移动。该ISAM模拟实验系统将用于探索和验证空间运动、串联机器人操控及接触力学模型。

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