Наука и Образование: научно-техническое издание: Космическая робототехника. Современное состояние, перспективные задачи, тенденции развития. Аналитический обзор

Перспективы космической робототехники связаны как с развитием отработанных прототипов в направлении расширения функциональных возможностей, так и с созданием новых классов систем, не имеющих на сегодняшний день эксплуатируемых аналогов. При этом уникальность объектов космической робототехники, экстремальные условия функционирования, затрудненность полномасштабной наземной отработки определяют многообразие конструктивных решений и широкий спектр вопросов, требующих дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.
Могут быть выделены задачи, успешно решенные на сегодняшний день с использованием отработанных в орбитальных условиях средств космической робототехники, задачи, решаемые сегодня с использованием отрабатываемых средств робототехники и перспективные задачи, следующие из логики развития космической техники, определяющие пути ее дальнейшего развития и требующие разработки и создания новых средств космической робототехники.
Таким образом, направления развития космической робототехники в значительной мере определяются историей ее развития с одной стороны, и нарастающей потребностью в робототехническом обслуживании применительно к перспективным объектам космической техники с другой.
Рассмотрены тенденции развития космической робототехники, являющиеся следствием естественной логики ее развития и определяемые потребностью перспективных объектов космической техники в робототехническом обслуживании. Выделены наиболее важные элементы конструктивного облика и особенности создания и эксплуатации многофункциональных наращиваемых космических систем, в том числе не имеющих аналогов и прототипов, объединенных потребностью в автоматизации связанных с их созданием, эксплуатацией и утилизацией задач. Рассмотрена концепция монтажно-сервисных автономных роботизированных космических модулей. В рамках процедуры орбитального монтажа выделены характерные динамические режимы, актуальные с точки зрения практической реализации управляемого движения.

Список литературы

1.Робототехническое обеспечение для объектов перспективной космической инфраструктуры / А.А. Градовцев, А.С. Кондратьев, А.Н. Тимофеев // Международная научно-техническая конференция «Экстремальная робототехника» 23–25 ноября 2011 г., ГНУ ЦНИИ РТК, Санкт-Петербург – Электронный ресурс: http://er.rtc.ru

2.Управление подвижными объектами. Библиографический указатель. В 3-х выпусках. Вып.1. Космические объекты / Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН. – М.: 2011. – 268 с.: ил.

3.H. A. Thronson, D. Akin, J. Lester The Evolution and Primise of Robotic In-Space Servising // AIAA SPACE 2009 Conference&Exposition 14-17 September 2009, Pasadena, California. AIAA 2009-6545. Available at: http://www.enu.kz/repository/2009/AIAA-2009-6545.pdf , accessed 12.11.2016.

4.Лысый С.Р. Научно-технические проблемы и перспективы развития робототехники специального (космического) назначения // Экстремальная робототехника // Труды международной научно-технической конференции. – Санкт-Петербург: Изд-во «Политехника-сервис», 2015. – С. 29 32.

5.О некоторых перспективных направлениях развития космической робототехники / В.А. Лопота, Е.И. Юревич (сайт РКК «Энергия» http://www.energia.ru )

6.Этапы и перспективы развития модульного принципа построения робототехнических систем / А.В. Лопота, Е.И. Юревич // Научно-технические ведомости СПбГПУ. – 2013. – № 1. – С. 98 – 103

7.Ющенко А.С. Человек и робот – совместимость и взаимодействие // Робототехника и техническая кибернетика. 2014. № 1(2). С. 4 – 9.

8.Супервизорное управление космическими манипуляторами / В.П. Макарычев, Е.И. Юревич. — СПб.: Астерион, 2005. — 108 с.

9.Космонавтика XXI века / под ред. Б.Е. Чертока – М. : РТСофт, 2010. – 864 c.

10.NASA // NASA: official website. Available at: http://www.nasa.gov/ , accessed 12.11.2016.

11.CSA // CSA: official website. Available at: http://www.asc-csa.gc.ca/eng/default.asp , accessed 12.11.2016.

12.Перспективы использования и особенности исследования динамики космических манипуляторов с упругими конструктивными элементами / А.П. Алпатов, П.А. Белоножко, П.П. Белоножко, Л.К. Кузьмина, С.В. Тарасов, А.А. Фоков // Техническая механика. – 2012. – № 1. – С. 82 – 93.

13.E. Kaupp, E. Bains, R. Flores, G. Jorgensen, Y.M. Kuo, H. White Shuttle Robotic Arm // Engineering Innovations / P. 286 – 301. Available at: http://www.nasa.gov/centers/johnson/pdf/584734main_Wings-ch4h-pgs286-301.pdf , accessed 12.11.2016.

14.B. Stockman, J. Boyle, J. Bacon International Space Station Systems Engineering Case Study Available at: http://spacese.spacegrant.org/uploads/images/ISS/ISS%20SE%20Case%20Study.pdf , accessed 12.11.2016.

15.The role of dexterous robotics in ongoing maintenance of the ISS / Lyndsey Poynter, P. Andrew Keenan // IAC-12,B3,4-B6.5,6,x16014

16.Flexible robot manipulators: modelling, simulation and control. - (IET control series) – ISBN 978-0-86341-448-0

17.Васильев В.В. Введение в орбитальное сервисное обслуживание. – К.: «Элмис», 2013, – 28 с., ил. ISBN 978-617-696-111-6

18.Тимофеев А.Н., Шардыко И.В. Проблемы применения в космосе антропоморфных роботов // Робототехника и техническая кибернетика. 2013. № 1. С. 37 – 41.

19.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.

20.Сыромятников В.С. Стыковочные устройства космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1984. 216 с.

21.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.

22.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.

23.Алпатов А.П., Белоножко П.А., Горбунцов В.В., Ивлев О.Г., Чернявская С.С., Шичанин В.Н. Динамика пространственно развитых механических систем изменяемой конфигурации – К.: Наукова думка, 1990. – 256 с.

24.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.

25.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.

26.Особенности синтеза системы управления космическим манипулятором / А.П. Алпатов, П.А. Белоножко, П.П. Белоножко, С.В. Тарасов, А.А. Фоков // Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмических систем. – 2010. – Т. 15, № 2(31). – С. 38 – 57.

27.Международная энциклопедия CALS. Авиационно-космическое машиностроение / Гл. ред. А.Г. Братухин. – М.: ОАО «НИЦ АСК», 2015. – 608 с.: ил.

28.Згуровский М.З., Бидюк П.И. Анализ и управление большими космическими конструкциями / Национальный технический ун-т Украины "Киевский политехнический ин-т". – К.: Наукова думка, 1997. – 451с.

29.Баничук Н.В., Карпов И.И., Климов Д.М. и др. Механика больших космических конструкций. – М.: Факториал, 1997. – 302 с.

30.Медзмариашвили Э.В. Трансформируемые конструкции в космосе и на земле / Э. В. Медзмариашвили. – Тбилиси, 1995. – 446 с.

31.В.Ю. Рутковский, В.М. Суханов Большие космические конструкции: модели, методы исследования и принципы управления. I // Автоматика и телемеханика, 1996, выпуск 7, С. 52 65

32.В.Ю. Рутковский, В.М. Суханов Большие космические конструкции: модели, методы исследования и принципы управления. II // Автоматика и телемеханика, 1996, выпуск 8, С. 55 66

33.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.

34.Moosavian S. Ali A., Papadopoulos E. Free-flying robots in space: an overview of dynamics modeling, planning and control // Robotica 2007. Volume 25. Р. 537 – 547. DOI:10.1017/S0263574707003438

35.В.П. Богомолов, В.Ю. Рутковский, В.М. Суханов Проектирование оптимальной механической структуры свободнолетающего космического робототехнического модуля как объекта автоматического управления. I // Автоматика и телемеханика, 1998, выпуск 5, С. 27 40

36.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.

37.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.

38.В.Ю. Рутковский, В.М. Суханов, В.М. Глумов Управление многорежимным космическим роботом при выполнении манипуляционных операций во внешней среде // Автоматика и телемеханика, 2010, выпуск 11, С. 96 111

39.В.Ю. Рутковский, В.М. Суханов, В.М. Глумов Уравнения движения и управление свободнолетающим космическим манипуляционным роботом в режиме реконфигурации // Автоматика и телемеханика, 2010, выпуск 1, С. 80 98

40.В.Ю. Рутковский, В.М. Суханов, В.М. Глумов Некоторые задачи управления свободнолетающими космическими манипуляционными роботами I // Мехатроника, автоматизация, управление, 2010, № 10, С. 52 59.

41.В.Ю. Рутковский, В.М. Суханов, В.М. Глумов Некоторые задачи управления свободнолетающими космическими манипуляционными роботами II // Мехатроника, автоматизация, управление, 2010, № 12, С. 54 65.

42.Белоножко П.П. Перспективные монтажно-сервисные роботизированные космические модули // «Робототехника и техническая кибернетика», № 2(7) 2015. – С. 18 – 23.

43.Даляев И.Ю., Шардыко И.В., Кузнецова Е.М. Перспектива создания роботизированных сервисных спутников для технического обслуживания и продления сроков активного существования космических аппаратов // «Робототехника и техническая кибернетика», № 3(8) 2015. – С. 27-31.

44.Проектирование орбитальных станций. Учебное пособие / С.Е. Пугаченко – МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2009. – 175 с.

45.Гапонов В.А., Железняков А.Б. Станция «Мир»: от триумфа до…СПб: Изд-во СИСТЕМА, 2007. 380 С.

46.Использование роботов при выполнении работ вне космического аппарата. Providing roboric assistance during extra-vehicular activity: Докл. [SPIE Conference on "Mobile Robots XVI", Newton, 29-30 Oct., 2001] / Burridge Robert R., Graham Jeffrey (S&.К Electronics) // Proc. SPIE. - 2001. – 4573. - C. 22-33. - Библ. 27.

47.Робототехнические программы и их разработка Европейским космическим агенством: состояние и перспективы развития. Robotic programmes and applications at ESA: present and perspectives / Visentin Gianfranco // Proceedings of i-SAIRAS 2005: The 8 International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space, Munich, 5-8 Sept., 2005. - Noordwijk: ESTEC, 2005. - C. 1-7. - (ESA SP. ISSN 1609-042X. № 603). - Библ. 8.

48.Экспериментальное исследование роботов, используемые шагающие системы сборки космических солнечных систем электропитания. Robotics experimental study for SSPS walking and assembly technology / Ueno Hiroshi, Oda Mitsushige, Inaba Kazuyuki (Japan Aerospace Exploration Agency, Tsukuba, Ibaraki, Japan) // Proceedings of i-SAIRAS 2005: The 8 International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space, Munich, 5-8 Sept.,2005. -Noordwijk: ESTEC, 2005. - C. 427-430. - (ESA SP. ISSN 1609-042X. № 603). - Библ. 4.

49.Результаты применения стратегии скользящей автономности" при осуществлении сборки в космосе с участием нескольких роботов. Results in sliding autonomy for multi-robot spatial assembly / Heger Frederik W., Hiatt Laura M., Sellner Brennan, Simmons Reid, Singh Sanjiv (The Robotics Institute, Carnegie Melon University, Pittsburgh, U.S.A.) // Proceedings of i-SAIRAS 2005: The 8 International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space, Munich, 5-8 Sept., 2005. - Noordwijk: ESTEC, 2005. - C. 448-455. - (ESA SP. ISSN 1609-042X. № 603). - Библ. 15

50.Прецизионная сборка с помощью автономного космического робота при использовании методов обучения с накоплением навыков. Precise assembly by autonomous space robot using skill acquisition learning / Tanaka Hideyuki, Yamamoto Noritaka, Yairi Takehisa, Machida Kazuo (Research Center for Advanced Science and Technology, University of Tokyo, Japan) // Proceedings of i-SAIRAS 2005: The 8 International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space, Munich, 5-8 Sept., 2005. - Noordwijk: ESTEC, 2005. - C. 552-559. - (ESA SP. ISSN 1609-042X. № 603). - Библ. 7.

51.Гетерогенные робототехнические системы для сборки и обслуживания. Heterogeneous robotic systems for assembly and servicing / Stroupe Ashley W., Huntsberger Terry, Kennedy Brett, Aghazarian Hrand, Baumgartner Eric Т., Ganino Anthony, Garrett Michael, Okon Avi, Robinson Matthew, Townsend Julie Anne (Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology, Drive, MS 82-105, Pasadena, CA, USA) // Proceedings of i-SAIRAS 2005: The 8 International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space, Mu18 nich, 5-8 Sept., 2005. - Noordwijk: ESTEC, 2005. - C. 567-573. - (ESA SP. ISSN 1609-042X. № 603). - Библ. 17.

52.Rokviss - проверка робототехнических компонентов на международной космической станции (ISS). ROKVISS - robotics component verification on ISS / Hirzinger G., Landzettel K., Reintsema D., Preusche C., Albu-Schäffer A., Rebele В., Turk M. (DLR (German Aerospace Center)) // Proceedings of i-SAIRAS 2005: The 8 International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space, Munich, 5-8 Sept., 2005. - Noordwijk: ESTEC, 2005. - C. 55-65, 27. - (ESA SP ISSN 1609-042X. № 603). - Библ. 13.

53.Разработка модульного сочленения высокой интеграции для космического манипулятора / Shi Shicai, Xie Zongwu, Ni Fenglei, Liu Hong (Robotics Institute, Harbin Institute of Technology, Harbin, China) // Xi'an jiaotong daxue xuebao J. Xi'an Jiaotong Univ. - 2007. - 41, № 2. - C. 162-166.

54.Автономный робот для уничтожения сателлитов, использующих вынужденное предикаторное управление. Autonomous robotic capture of a satellite using constrained predictive control / McCourt Richard A., de Silva Clarence W. // IEEE/ASME Trans. Mechatron. - 2006. - 11, № 6. - C. 699-708. - Библ. 29.

55.http://www.buran.ru , accessed 17.12.2016.

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211. ISSN 1994-0408

Список литературы