Σχεδιασμός και μοντελοποίηση διαστημικού εξομοιωτή με δυνατότητα τριδιάστατου προσανατολισμού και κίνησης στο επίπεδο

Βιδάκης, Μενέλαος; Vidakis, Menelaos

dc.contributor.author	Βιδάκης, Μενέλαος	el
dc.contributor.author	Vidakis, Menelaos	en
dc.date.accessioned	2020-11-24T09:54:15Z
dc.date.available	2020-11-24T09:54:15Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52037
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19735
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μηχανολογία	el
dc.subject	Σφόνδυλος-Αντίδρασης	el
dc.subject	Ρομποτική	el
dc.subject	Engineering	en
dc.subject	Reaction-Wheel	en
dc.subject	Διάστημα	el
dc.subject	Εξομοιωτής	el
dc.subject	Robotics	en
dc.subject	Space	en
dc.subject	Emulator	en
dc.title	Σχεδιασμός και μοντελοποίηση διαστημικού εξομοιωτή με δυνατότητα τριδιάστατου προσανατολισμού και κίνησης στο επίπεδο	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Design and Modeling of a Space Emulator Capable of Three Dimensional Attitude Change and Planar Translational Motion	en
heal.classification	Μηχανολογία	el
heal.classification	Engineering	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-09-23
heal.abstract	Η εξερεύνηση του διαστήματος προαπαιτούσε ανέκαθεν τη συνύπαρξη και συνεργασία μεταξύ ανθρώπων και μηχανών. Η αναζήτηση πληροφοριών και η εμβάθυνση της κατανόησης του διαστήματος από τον άνθρωπο κάνει όλο και πιο εμφανή την ανάγκη ανάπτυξης και χρήσης προηγμένων διαστημικών εγκαταστάσεων. Η απαίτηση ελαχιστοποίησης του ανθρώπινου ρίσκου σε διαστημικές αποστολές καθώς και οι περιορισμοί που επιβάλλονται λόγω της ανθρώπινης παρουσίας δημιούργησε την ανάγκη πιο αυτόνομων και ευφυών ρομποτικών διατάξεων. Η ανάπτυξη αυτών πέρα από τις σχεδιαστικές προκλήσεις που παρουσιάζει, προϋποθέτει και την ύπαρξη εγκαταστάσεων δοκιμών και πειραμάτων για την εξακρίβωση της ορθής λειτουργίας των συστημάτων που αναπτύσσονται. Μία κατηγορία τέτοιων διατάξεων που προσομοιώνουν διαστημικές συνθήκες είναι οι επίπεδοι εξομοιωτές. Στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, σχεδιάστηκε ρομποτική διάταξη επίπεδου διαστημικού εξομοιωτή πέντε βαθμών ελευθερίας ο οποίος θα προστεθεί στην υπάρχουσα πειραματική διάταξη του Εργαστηρίου Αυτομάτου Ελέγχου της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Η σχεδίαση του εξομοιωτή έγινε με βάση τις υπάρχουσες ρομποτικές διατάξεις ενώ λήφθηκαν υπόψιν οι περιορισμοί και οι απαιτήσεις που προκύπτουν από ολόκληρη τη πειραματική διάταξη του εργαστηρίου. Η κύρια λειτουργία του εξομοιωτή θα είναι η χρήση του σε πειραματικές εφαρμογές αλγορίθμων ελέγχου προσανατολισμού και παρακολούθησης τροχιάς. Έτσι ο εξομοιωτής θα πρέπει να έχει την ικανότητα να περιστραφεί στο χώρο και ταυτόχρονα να κινηθεί στο επίπεδο που ορίζεται από τη πειραματική διάταξη. Στη παρούσα εργασία παρουσιάζεται η αναλυτική σχεδίαση του εξομοιωτή και αιτιολογούνται οι επιλογές που πάρθηκαν. Ο εξομοιωτής που σχεδιάζεται θα είναι εξοπλισμένος με δύο συστήματα επενέργησης, η σχεδίαση των οποίων παρουσιάζεται αναλυτικά. Το πρώτο είναι ένα πνευματικό σύστημα προωθητήρων το οποίο προαπαιτείται για τη κίνηση του εξομοιωτή στο επίπεδο ενώ το δεύτερο είναι ένα σύστημα σφονδύλων αντίδρασης που ευθύνεται για την αλλαγή προσανατολισμού του εξομοιωτή στο χώρο. Καθώς το μαθηματικό μοντέλο της τρισδιάστατης περιστροφής του εξομοιωτή με τη χρήση σφονδύλων αντίδρασης έχει ένα βαθμό πολυπλοκότητας καθίσταται αναγκαία η παρουσίαση του θεωρητικού υπόβαθρου βάση του οποίου αναπτύσσεται το μοντέλο στα πλαίσια αυτής της εργασίας. Στο τέλος της εργασίας και μετά την ολοκλήρωση της σχεδίασης του εξομοιωτή αναπτύχθηκε η υπολογιστική προσομοίωση της κίνησης του. Όπως παρουσιάζεται στην εργασία, μέσα από το ολοκληρωμένο μοντέλο της προσομοίωσης δημιουργείται μια ξεκάθαρη εικόνα της πραγματικής λειτουργίας του εξομοιωτή καθώς αυτός δοκιμάζεται σε διάφορα σενάρια. Από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων αντλούνται σημαντικά συμπεράσματα για τις δυνατότητες του εξομοιωτή που σχεδιάστηκε και για την ικανότητά του να ανταπεξέλθει στις πειραματικές απαιτήσεις του εργαστηρίου.	el
heal.abstract	Space exploration has always required the coexistence and collaboration between human and machines. The search for information and the desire by human to deepen their understanding of the universe makes the need for more technologically advanced equipment and machines all the more apparent. The demand to diminish human risk involved in space missions as well as the constraints that exist due to the involvement of human in them created the need for more automated and intelligent robotic systems. The development of such systems not only requires engineers to overcome various design challenges, it requires the existence of testing platforms in order to ensure the proper function of the developed systems as well. One category of such testing platforms that emulate space conditions is a planar space emulator. The goal of this thesis was the design of a five degrees of freedom planar space emulator that will be installed in the existing testing platform of the Control Systems Laboratory of the Mechanical Engineering School, of the National Technical University of Athens. The emulator was designed based on the existing robotic systems of the lab whilst taking into consideration the constrains and the requirements that the testing platform enforces. The main function of the emulator under development would be to take part in experiments involving attitude control as well as trajectory planning. Due to this, the emulator should be able to rotate in the three-dimensional space while at the same time move in the plane that is defined by the testing platform. In this thesis, the detailed design of the emulator as well as the various decisions made are presented. The space emulator that is being designed will be equipped with two actuation systems which are designed carefully and presented in detail. The first system is a Cold Gas Propulsion System which utilizes thrusters in order for the emulator to move in both dimensions of the plane and the second system is a Reaction Wheel System that is responsible for the rotational motion of the emulator in space. Thrusters may also be used for attitude control if the demand cannot be met by the Reaction Wheel System. Due to the fact that the mathematical model of the three-dimensional rotation of the emulator with the use of Reaction Wheel is very complex, it was necessary to examine the mathematical infrastructure that the model is based on. Following the completion of the design process of the emulator, a computational simulation of the motion of the emulator was developed. As it will become apparent in this thesis, through the completed model of the simulation a clear image can be formed about the actual working properties of the emulator while it is tested in various scenarios. Important conclusion can be drawn from the simulation results about the capabilities of the emulator that was designed as well as his ability to meet the experimental requirements of the laboratory.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.advisorName	Papadopoulos, Evangelos	en
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Papadopoulos, Evangelos	en
heal.committeeMemberName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Ιωάννης, Αντωνιάδης	el
heal.committeeMemberName	Antoniadis, Ioannis	en
heal.committeeMemberName	Kyriakopoulos, Konstantinos	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου. Εργαστήριο Αυτομάτου Ελέγχου και Ρυθμίσεως Μηχανών και Εγκαταστάσεων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	136 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false
heal.fullTextAvailability	false