МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ СВОБОДНОЛЕТАЮЩИМ КОСМИЧЕСКИМ МАНИПУЛЯЦИОННЫМ РОБОТОМ

  • Н. Ю. Козлова МГТУ им. Н.Э. Баумана
  • А. В. Фомичев МГТУ им. Н.Э. Баумана
Ключевые слова: Дистанционное управление, свободнолетающий космический манипуляционный робот, пассификация, нелинейный закон в локальном контуре управления

Аннотация

Рассмотрена система управления свободнолетающим космическим манипуляционным роботом с силомоментным очувствлением и представлены методы повышения эффективно-сти управления. В рамках данной работы предлагается схема контура управления системы дистанционного управления свободнолетающим роботом при переменных задержках в канале передачи данных. Для обеспечения устойчивости системы управления применен метод пасси-фикации канала связи TDPA (Time Domain Passivity Approach). Метод TDPA является доста-точно гибким и удобным подходом для обеспечения пассивности системы дистанционного управления космическим манипуляционным роботом, однако в результате его использования возникает дрейф положения исполнительного устройства. Для устранения данного недостат-ка и повышения точности позиционирования исполнительного устройства был применен метод компенсации дрейфа положения исполнительного устройства. Локальная прямая связь по уси-лию широко используется для снижения ощущаемого веса тактильных интерфейсов. Это обеспечивает человека-оператора кажущимся более легким тактильным устройством, что снижает физическое усилие, требуемое от него при дистанционном управлении исполнитель-ным устройством в реальной или виртуальной среде. Несмотря на то, что локальная обратная связь по усилию уменьшает ощущаемый вес задающего устройства при свободном движении исполнительного устройства, она также снижает воспринимаемую контактную жесткость, ощущаемую оператором при взаимодействии исполнительного устройства с удаленной средой, что снижает прозрачность системы. В данной статье предлагается непрерывный нелинейный локальный закон управления с обратной связью по усилию, который обеспечивает уменьшенный вес тактильного интерфейса при свободном движении исполнительного устройства, а также высокую степень прозрачности при взаимодействии исполнительного устройства со средой, посредством изменения коэффициента, зависящего от измеренных сил взаимодействия испол-нительного устройства со средой. Устойчивость системы обеспечивается за счет введение демпфера, основанного на методе пассификации. Для тестирования предложенных алгоритмов управления был создан «виртуальный» стенд и осуществлено моделирование системы дистан-ционного управления свободнолетающим космическим манипуляционным роботом с силомо-ментным очувствлением при переменных задержках.

Литература

1. Vafa Z., Dubowsky S. The kinematics and dynamics of space manipulators: The virtual manip-ulator approach, Int. J. Robot. Res., 1990, No. 9 (4), pp. 3-21.
2. Hirzinger G., Brunner B., Lampariello R., Landzettel K., Schott J., Steinmetz B.M. Advances in Orbital Robotics, Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, San Francisco, CA, 2000, pp. 898-907.
3. Albu-Schaeffer A., Bertleff W., Rebele B., Schaefer B., Landzettel K., Hirzinger G. ROKVISS – robotics component verification on ISS current experimental results on parameter identifica-tion, IEEE International Conference Robotics and Automation, 2006, pp. 3879-3885.
4. Umetani Y., Yoshida K. Continuous path control of space manipulators mounted on OMV, Acta Astronaut, 1987, Vol. 15, No. 12, pp. 981-986.
5. Papadopoulos E., Dubowsky S. On the nature of control algorithms for free-floating space manipulators, IEEE Trans. Robot. Autom, 1991, Vol. 7, No. 6, pp. 750-758.
6. Dubowsky S., Papadopoulos E. The Kinematics, Dynamics, and Control of Free-Flying and Free-Floating. Space Robotic Systems, IEEE Transactions on Robotics and Automation, 1993, Vol. 9, No. 5, pp. 531-543.
7. Borovin G.K., Lapshin V.V. Motion control of a space robot, Mathematica Montisnigri, 2018, Vol. XLI, pp. 166-173.
8. Moosavian S., Ali A., Papadopoulos E. Control of Space Free-Flyers Using Modified Trans-pose Jacobian Algorithm, Proc. of the IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, Grenoble, France, 1997, pp. 1500-1505.
9. Wenfu Xu, Yu Liu, Bin Liang, Yangsheng Xu, Wenyi Qiang. Autonomous Path Planning and Experiment Study of Free-floating Space Robot for Target Capturing, J Intell Robot Syst., 2008, No. 51, pp. 303-331.
10. Dubowsky S., Vance E.E., Torres M.A. The control of space manipulators subject to spacecraft attitude control saturation limits, in Proc. NASA Conf Space Telerobotics, JPL, Pasadena, CA. Jan. 31-Feb. 2, 1989, Vol. IV, pp. 409-418.
11. Vpolodin S.Yu., Mikhaylov B.B., Yuschenko A.S. Autonomous Robot Control in Partially Un-determined World via Fuzzy Logic. In: Ceccarelli M., Glazunov V. (eds) Advances on Theory and Practice of Robots and Manipulators. Mechanisms and Machine Science, Springer, Cham, 2014, Vol. 22.
12. Lapshin V.V. On the Workspace of a Free-Floating Space Robot, Journal of Computer and Systems Sciences International, 2018, Vol. 57, No. 1, pp. 149-156.
13. Rutkovski .Yu., Sukhanov V.M. A dynamic model of a free-flying space robot engineering module, Avtomat. i Telemekh., 2000, No. 5, pp. 39-57.
14. Lawrence D.A. Stability and transparency in bilateral teleoperation, IEEE Transactions on Robotics and Automation, 1993, Vol. 9, No. 5, pp. 624-637.
15. Willems J.C. Dissipative dynamical systems, Part I: General theory. Archive for Rational Mechanics and Analysis, 1972, No. 5, pp. 321-351.
16. Polushin I.G., Fradkov F.L., Khill D.D. Passivnost' i passifikatsiya nelineynykh sistem [Pas-sivity and passification of nonlinear systems], Avtomatika i telemekhanika [Automatics and telemechanics], 2000, No. 3, pp. 3-37.
17. Secchi C., Fantuzzi C., Stramigioli S. Transparency in porthamiltonian based telemanipulation, Control of Interactive Robotic Interfaces: A Port-Hamiltonian Approach, 2007, pp. 165-199.
18. Artigas J., Ryu J-H, Preusche C., Hirzinger G. Network Representation and Passivity of De-layed Teleoperstion, In 2011 IEEE/RSJ Internation Conference on Intelligent Robots and Sys-tems, September 25-30, 2011. San Francisco, CA, USA, pp. 177-183.
19. Ryu J., Kwon D., Hannaford B. Stable teleoperation with timedomain passivity control, IEEE Transaction on Robotics and Automation, 2004, No. 20, pp. 365-373.
20. Ishii T. Katsura S. Bilateral control with local force feedback for delay-free teleoperation, In 12th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control (AMC), 2012, pp. 1-6.
21. Kim Y.S., Hannaford B. Some practical issues in time domain passivity control of haptic inter-faces, In Intelligent Robots and Systems. Proceedings. 2001 IEEE/RSJ International Confer-ence on, 2001, Vol. 3, pp. 1744-1750.
22. Artigas J., Balachandran R., Riecke C., Stelzer M., Weber B., Ryu J.H., Albu-Schaeffer A. Kontur-2: force-feedback teleoperation from the international space station, In 2016 IEEE In-ternational Conference on Robotics and Automation (ICRA). IEEE, 2016.
23. Niemeyer G., Slotine J.J. Stable adaptive teleoperation, Oceanic Engineering, IEEE Journal of, 1991, Vol. 16, No. 1, pp. 152-162.
24. Balachandran R., Kozlova N., Ott C., & Albu-Schaeffer A. Non-Linear Local Force Feedback Control for Haptic Interfaces, IFAC-PapersOnLine, 2018, Vol. 51, No. 22, pp. 486-492.
25. Hill D.J., Moylan P.J. The stability of nonlinear dissipative systems, IEEE Trans. Aut. Contr., 1976, No. 21, pp. 708-711.
26. Chawda ., an Quang H., K. O’Malley M., Ryu J.H. Compensating Position Drift in Time Domain Passivity Approach, IEEE Haptics Symposium, HAPTICS. 10.1109/ HAPTICS.2014.6775454, Houston. 2014.
Опубликован
2020-05-02
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ IV. УПРАВЛЕНИЕ АЭРОКОСМИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ