Исследователи из Пекина нашли решение проблемы вибраций при сборке на орбите

Сборка на орбите стала одним из важнейших аспектов космической деятельности, когда манипулятор часто и непосредственно взаимодействует с объектами в процессе сложной сборки. Традиционное управление манипулятором имеет ограничения в адаптации к различным задачам сборки и уязвимо к вибрациям, что приводит к сбоям в сборке.

Для решения этой проблемы исследователи из Пекинского технологического института предлагают метод управления с переменным коэффициентом усиления, основанный на переменных демпфирующих характеристиках человеческой руки. Этот метод позволяет эффективно повысить безопасность, надежность и адаптивность сборки космических роботов.

Результаты исследования опубликованы в журнале Cyborg and Bionic Systems 6 сентября 2023 года.

Роботы все чаще используются для технического обслуживания и ремонта в космосе благодаря их большей приспособленности к суровым условиям космического пространства по сравнению с космонавтами-людьми. Эта тенденция крайне важна для развития космической техники, поскольку она может помочь снизить риски для здоровья людей на космических станциях и решить проблемы ремонта космических аппаратов в космосе.

Роботизированная сборка — важнейшая область исследований, в которой в последние годы наблюдается значительный прогресс. Основным методом, позволяющим роботам выполнять сложные задачи сборки, является контроль соответствия. Однако управление по соответствию предъявляет высокие требования к контактным характеристикам манипулятора, что затрудняет достижение требуемых уровней точности и адаптивности.

В ответ на эти проблемы исследователи предложили различные методы управления соответствием, включая демпфирование, управление жесткостью, гибридное управление силой и положением, а также алгоритмы нечеткого адаптивного управления. Эти алгоритмы направлены на повышение адаптивности и эффективности роботов при выполнении задач сборки, особенно в неизвестных условиях.

Задачи сборки часто предполагают контакт манипулятора с собираемым объектом. Для того чтобы чрезмерная сила контакта не повредила объект, необходимо демпфирование для рассеивания энергии и сдерживания вибрации. Объекты с большим демпфированием быстрее расходуют энергию под действием внешних сил. Опорно-двигательный аппарат человеческой руки может гибко регулировать демпфирование для безопасного и стабильного выполнения различных задач. Для сбора таких параметров, как контактная сила и скорость, была создана динамическая платформа сбора данных, позволяющая фиксировать движение руки.

Основными компонентами системы являются подсистема захвата движения и подсистема измерения контактной силы. Датчик силы ATI omega160 6D используется для сбора данных о силе контакта между рукой человека и деталями сборки, а данные о конечной скорости движения руки человека получаются с помощью системы захвата движения Stereolabs ZED mini.

Чтобы получить более точное представление о характеристиках движения человеческой руки, мы используем высокопроизводительное оборудование для измерения и анализа полученных данных, — говорит Сяо Хуанг, исследователь из Пекинского технологического университета.

Для того чтобы робот мог лучше выполнить задачу сборки, исследователи обобщили динамические характеристики человека, проанализировав данные о движении человеческой руки в процессе сборки, и применили эту возможность к роботам. Кроме того, поскольку задачи сборки спутников разнообразны, а схемы контактов сложны, исследовательская группа проанализировала различные сценарии в процессе сборки спутников и вывела три схемы контактов для сборки спутников.

Это может помочь нам лучше моделировать контакты при сборке роботизированных спутников и более точно контролировать безопасную сборку роботов, — сказал Сяолей Цао, исследователь из Пекинского технологического университета.

В рамках своего эксперимента команда провела проверку моделирования сборки космических спутников с помощью наземной экспериментальной платформы. Роботизированная платформа позволяет измерять силы и крутящие моменты на конце роботизированной руки в направлениях X, Y и Z. Они применили человекоподобный регулятор переменного параметра адмиттанса для эксперимента по сборке спутника-робота и успешно проверили эффективность человекоподобного регулятора переменного параметра адмиттанса.

Человекоподобные стратегии управления могут повысить адаптивность, точность и управляемость роботов, выполняющих задачи сборки и обслуживания космических аппаратов. Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы роботы могли выполнять гибкие задачи сборки, сравнимые с реальными человеческими. Необходимы также долговечные и надежные роботы, способные выдерживать жесткие условия космического пространства.

Прогресс в области стратегий управления гуманоидами может иметь важное значение для будущего исследования и освоения космоса, повышая эффективность, безопасность и надежность миссий, — заключает Чжихун Цзян, профессор Пекинского технологического университета.

28.10.2023