НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o704.pdf (1115.01Кб)

УДК 629.78:621.865.8

Россия,  Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН). Астрокосмический центр МГТУ им.Н.Э.Баумана Украина, Институт технической механики НАНУ и ГКАУ

Разнородность подлежащих автоматизации задач, предполагающих использование средств космической робототехники (орбитальный монтаж космических объектов, орбитальное сервисное обслуживание, роботизированная поддержка функционирования сложных автономных космических систем) подразумевает использование различных конструкций роботизированных устройств, при этом космические манипуляторы различного типа (консольные многозвенники, механизмы параллельной структуры) являются наиболее важными компонентами многих робототехнических систем космического назначения, а подвижность основания – естественной для космических условий применения важной особенностью, требующей учета при моделировании динамики широкого класса систем.
Рассмотрены характерные особенности управляемого движения космической системы «подвижное основание – манипулятор – полезный груз (полезная нагрузка)» движущейся в инерциальном пространстве под действием управляющих шарнирных воздействий в режиме отсутствия внешних сил. Приведены конкретные примеры систем (как реально эксплуатировавшихся, так и разрабатываемых), для которых рассматриваемый тип управляемого движения является представляющим прикладной интерес штатным режимом функционирования. Концепция одной из таких систем – интеллектуальной системы активной виброзащиты и высокоточного наведения раскрываемого на орбите космического телескопа – основана на использовании манипулятора параллельной структуры и предполагает виброзащиту космического телескопа с одновременным его наведением на исследуемые объекты
Для качественного исследования особенностей использования управляемого перемещения массивной полезной нагрузки относительно подвижного основания при помощи манипуляционного механизма с целью обеспечения ее требуемого абсолютного углового движения (наведения космического телескопа) предложено рассмотрение соответствующей модельной задачи. Приведен конкретный пример синтеза шарнирного управления.
Предложенный подход к выбору и исследованию модельной задачи применительно к сформулированной в общем виде концепции перспективной технической системы, основанный на сочетании традиционных методов аналитической механики с возможностями современных компьютерных инструментов, может быть использован для исследований качественных особенностей динамики при проектировании систем «подвижное основание – манипулятор – полезный груз (полезная нагрузка)».

1. Papadopoulos E., Dubowsky S. On the nature of control algorithms for free-floating space manipulators // IEEE Trans. on Robotics and Automation. 1991. Vol. 7, is. 6. P. 750-758. DOI: 10.1109/70.105384
2. Alexander H., Cannon R. An extended operational-space control algorithm for satellite manipulators // J. Astronaut. Sci. 1990. Vol. 38, no. 4. P. 473-486.
3. Umetani Y., Yoshida K. Experimental study on two-dimensional free-flying robot satellite model // Proc. of NASA Conference on Space Telerobotics. (Pasadena, CA, Jan. 1989). Vol. 5, 1989. P. 215-224.
4. Nakamura Y., Mukherjee R. Nonholonomic path planning of space robots via a bidirectional approach // IEEE Trans. on Robotics and Automation. 1991. Vol. 7, is. 4. P. 500-514. DOI: 10.1109/70.86080
5. Saurabh Pandey. Motion planning of free-floating prismatic-jointed robots: Master thesis. Ohio University, 1996. 109 p.
6. Lampariello R., Agrawal S., Hirzinger G. Optimal Motion Planning for Free-Flying Robots // Proc. of the 2003 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA’03) (Taipei, Taiwan, May 2003). Vol . 3. IEEE Publ ., 2003. P . 3029-3035. DOI: 10.1109/ROBOT.2003.1242056
7. Земляков   С.Д., Рутковский   В.Ю., Суханов   В.М. Некоторые проблемы управления при роботизированной сборке больших космических конструкций на орбите // Автоматика и телемеханика. 2006. № 8. С. 36 - 50.
8. Глумов   В.М., Рутковский   В.Ю., Суханов   В.М. Анализ особенностей управления перелетами космического роботизированного модуля вблизи поверхности орбитальной станции. I Управление ориентацией модуля // Известия Академии наук. Теория и системы управления. 2002. № 2. С. 162 - 169.
9. Глумов   В.М., Рутковский   В.Ю., Суханов   В.М. Анализ особенностей управления перелетами космического роботизированного модуля вблизи поверхности орбитальной станции. II Управление траекторными перемещениями модуля // Известия Академии наук. Теория и системы управления. 2002. № 3. С. 140 - 148.
10. Moosavian S., Ali A., Papadopoulos E. Free-flying robots in space: an overview of dynamics modeling, planning and control // Robotica. 2007. Vol . 25, no . 5 . Р. 537-547. DOI: 10.1017/S0263574707003438
11. Алпатов   А.П., Белоножко   П.А., Белоножко   П.П., Витушкин   А.А., Тарасов   С.В., Фоков   А.А. Тенденции развития космических манипуляционных систем // Научная конференция «Информационные технологии в управлении сложными системами»: сб. докл. Днепропетровск, 2011. С. 176-180.
12. Алпатов   А.П., Белоножко   П.А., Белоножко   П.П., Тарасов   С.В., Григорьев   С.В., Фоков   А.А., Кузьмина   Л.К. Особенности исследования динамики перспективных космических манипуляторов // Седьмой Международный Аэрокосмический Конгресс IAC’12 (Москва, 26-31 августа 2012 года): матер. М.: МФП МГАТУ, 2012.
13. Алпатов   А.П., Белоножко   П.А., Белоножко   П.П., Григорьев   С.В., Тарасов   С.В., Фоков   А.А., Карпенко   А.П., Артеменко   Ю.Н. Перспективы создания и использования манипуляционных механизмов космического назначения // XXXVII Академические чтения по космонавтике: тр. М.: Комиссия РАН, 2013 С. 546.
14. Алпатов   А.П., Белоножко   П.А., Григорьев   С.В., Тарасов   С.В., Фоков   А.А., Артеменко   Ю.Н., Карпенко   А.П. Перспективные космические манипуляторы: назначение, особенности, тенденции, моделирование динамики // IV Международная конференция «Космические технологии: настоящее и будущее» (Днепропетровск, 16-19 апреля 2013 года): матер. Днепропетровск, 2013.
15. Алпатов   А.П., Белоножко   П.А., Белоножко   П.П., Григорьев   С.В., Тарасов   С.В., Фоков   А.А. Моделирование динамики космических манипуляторов на подвижном основании // Робототехника и техническая кибернетика. 2013. № 1. С. 59-65.
16. Сыромятников В.С. Стыковочные устройства космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1984. 216 с.
17. Сыромятников В.С. 100 рассказов о стыковке и других приключениях в космосе и на Земле. Часть 1. 20 лет назад. М.: Логос, 2003. 568 с.
18. Сыромятников В.С. 100 рассказов о стыковке и других приключениях в космосе и на Земле. Часть 2. 20 лет спустя. М.: Университетская книга; Логос, 2010. 568 с.
19. Артеменко Ю.Н. Синтез механизмов ориентации космического телескопа «Миллиметрон». 1. Возможности механизмов параллельной структуры для ориентации космического телескопа «Миллиметрон». Возможности механизмов параллельной структуры для ориентации космического телескопа «Миллиметрон» // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 1. С. 173-184. DOI: 10.7463/0113.0534292
20. Артеменко Ю.Н., Карпенко А.П., Пащенко В.Н., Мартынюк В.А., Волкоморов С.В., Темерев К.А., Шарыгин А.В.. Синтез механизмов ориентации космического телескопа «Миллиметрон». 2. Синтез и оптимизация многосекционного манипулятора параллельной структуры для управления ориентацией космического телескопа «Миллиметрон» // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 3. С. 207-256. DOI : 10.7463/0413.0554360
21. Артеменко Ю.Н., Глазунов В.А., Сильвестров Э.Е., Кореновский В.В., Демидов С.М. Синтез механизмов ориентации космического телескопа «Миллиметрон». 3. Синтез механизмов параллельной структуры для ориентации антенны космического телескопа // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 5. С. 247-268. DOI: 10.7463/0513.0571127
22. Артеменко Ю.Н., Саяпин С.Н. Синтез механизмов ориентации космического телескопа «Миллиметрон». 4. Концепция построения интеллектуальной системы активной виброзащиты и высокоточного наведения космического телескопа «Миллиметрон» // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 6. С. 315-332. DOI : 10.7463/0613.0574243
23. Артеменко   Ю.Н., Белоножко   П.П., Карпенко   А.П., Саяпин   С.Н., Фоков   А.А. Использование механизмов параллельной структуры для взаимного позиционирования полезной нагрузки и космического аппарата // Робототехника и техническая кибернетика. 2013. № 1. С. 65-71.
24. Яскевич   А.В., Остроухов   Л.Н., Егоров   С.Н., Чернышев   И.Е. Опыт полунатурной отработки причаливания российского модуля к Международной космической станции дистанционно управляемым манипулятором SSRMS // Робототехника и техническая кибернетика. 2013. № 1. С. 53-58.
25. Смольников Б.А. Проблемы механики и оптимизации роботов. М.: Наука, Гл. ред. физ. мат. лит., 1991. 232 с.
26. Алпатов   А.П., Белоножко   П.П., Тарасов   С.В., Фоков   А.А., Храмов   Д.А. Сопоставительный анализ программных средств моделирования динамики сложных космических систем // XXXVIII Академические чтения по космонавтике: тр. М.: Комиссия РАН, 2014. С. 479.
27. Белоножко   П.П., Карпенко   А.П., Фоков   А.А. Некоторые особенности динамики космической системы «Подвижное основание – манипулятор – полезная нагрузка» // Международная научно-техническая конференция «Экстремальная робототехника»: тр. СПб . : Изд-во «Политехника-сервис», 2014. С. 172-181.