Analysis, Design and Construction of a Robotic Arm with Gripper for a Space Emulator and Capture Experiments of Large Inertia Targets

Κωνσταντινίδης, Αλέξανδρος; Konstantinidis, Alexandros

dc.contributor.author	Κωνσταντινίδης, Αλέξανδρος	el
dc.contributor.author	Konstantinidis, Alexandros	en
dc.date.accessioned	2021-05-11T15:31:49Z
dc.date.available	2021-05-11T15:31:49Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53384
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21082
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	Αρπάγη	el
dc.subject	Δυναμικές ιδιομορφίες	el
dc.subject	Ρομποτικοί βραχίονες	el
dc.subject	Διαστημικοί εξομοιωτές	el
dc.subject	Πρόσδεση δορυφόρων	el
dc.subject	Gripper	en
dc.subject	Dynamic singularities	en
dc.subject	Manipulators	en
dc.subject	Space emulators	en
dc.subject	Docking	en
dc.title	Analysis, Design and Construction of a Robotic Arm with Gripper for a Space Emulator and Capture Experiments of Large Inertia Targets	en
dc.title	Ανάλυση, σχεδιασμός και κατασκευή ρομποτικού βραχίονα με αρπάγη για διαστημικό εξομοιωτή και πειράματα σύλληψης στόχων μεγάλης αδράνειας	el
dc.contributor.department	Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών & Αυτομάτου Ελέγχου. Εργαστήριο Αυτομάτου Ελέγχου και Ρυθμίσεως Μηχανών & Εγκαταστάσεων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ρομποτική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-03-17
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά το σχεδιασμό και την κατασκευή ενός ρομποτικού βραχίονα με αρπάγη και την αναδιαμόρφωση ενός ρομπότ κινούμενο σε επίπεδο διαστημικό εξομοιωτή, το οποίο θα συλλαμβάνει στόχους μεγάλης αδράνειας. Η σύλληψη αυτών γίνεται με τη χρήση ενός δακτυλίου (LAR) κατασκευασμένο σε ρεαλιστική κλίμακα και προσομοιώνει μία κατάσταση αρκετά κοντινή με αυτήν του διαστήματος. Ο εξομοιωτής αποτελείται από μία τράπεζα γρανίτη με ειδικά κατεργασμένη επιφάνεια χαμηλής τραχύτητας, πάνω στην οποία αιωρούνται τα ρομπότ στηριζόμενα σε αεροέδρανα. Ο σχεδιασμός ξεκίνησε από τα βασικά αδρανειακά και γεωμετρικά χαρακτηριστικά της αρπάγης, ώστε να πραγματοποιεί μία στιβαρή ένωση μεταξύ του στόχου και του ρομπότ. Στη συνέχεια, η διαστασιολόγηση του βραχίονα βασίστηκε στη θεωρία των δυναμικών ιδιομορφιών και στη φύση των τελικών πειραμάτων, ώστε να είναι εφικτή η σύλληψη ενός στόχου με ελεύθερο αιωρούμενο ρομποτικό σύστημα, δηλαδή χωρίς επενέργηση από σφόνδυλο αντίδρασης (reaction wheel) ή προωθητήρες (thrusters), για να αποφευχθούν τυχόν διαταραχές στην κίνηση του ρομπότ, κάτι που μπορεί να οδηγήσει σε σύγκρουση με τον στόχο ή για εξοικονόμηση ενέργειας και καυσίμων σε μία πραγματική εφαρμογή δορυφόρων. Για να γίνει μία ρεαλιστική προσέγγιση στη δυναμική συμπεριφορά των ρομπότ στο διάστημα, είναι σημαντικό να αυξηθούν οι μάζες των σωμάτων που συμμετέχουν στα πειράματα, συνεπώς, σχεδιάζεται κατάλληλη βάση που προσδένεται στο ενεργητικό ρομπότ, που φέρει πρόσθετα βάρη και διαθέτει σύστημα ανύψωσης μέσω γερανού. Χρησιμοποιώντας το λογισμικό ADAMS, μελετήθηκε και προσδιορίστηκε η απόκριση του ρομποτικού βραχίονα με κατάλληλους νόμους ελέγχου, η καταπόνηση των μηχανολογικών εξαρτημάτων, τόσο σε τάσεις όσο και σε παραμορφώσεις σε δυναμικό επίπεδο, η αποτελεσματικότητα του μηχανισμού σύμπλεξης των ρομπότ και η κατανομή των φορτίων στα αεροέδρανά τους. Τα παραπάνω υποσυστήματα του ρομπότ κατασκευάστηκαν σε μηχανή CNC φρέζα και μετά τη συναρμολόγησή τους προστέθηκαν τα ηλεκτρονικά στοιχεία, όπως είναι οι αισθητήρες Hall, οι αισθητήρες δύναμης και οι δίοδοι εκπομπής φωτός που είναι υπεύθυνα για την ορθή λειτουργία του βραχίονα, της αρπάγης και για τον χωρικό προσδιορισμό της θέσης του ρομπότ αντίστοιχα. Σκοπός των τελικών πειραμάτων ήταν η σύλληψη του στόχου, η ακριβής σύμπλεξή τους ώστε να μην υπάρχει σχετική κίνηση μεταξύ των δύο και η ένωση τους μέσω ενός εξαρτήματος πρόσδεσης, που προσομοιώνει πραγματικές ενέργειες δορυφόρων, όπως είναι η ανατροφοδότηση με καύσιμο, η αντικατάσταση κάποιου εξαρτήματος ή κάποια άλλη απαραίτητη εργασία στον δορυφόρο.	el
heal.abstract	This diploma thesis concerns the design and development of a robotic arm with a gripper, and the remodeling of a robot floating over a level blue black table, with the aim of capturing targets of large inertia. Their capture is done with the help of a ring (LAR) to emulate a capture quite similar to that of space. The emulator consists of a granite table with a specially treated low-roughness surface, on which the robots, supported on air bearings, float. The design started from the basic inertial and geometric features of the gripper, so as to achieve coupling between the target and the robot. The arm dimensioning was based on the theory of dynamic singularities and the nature of the final experiments, so that it will be possible to capture a target with a free-floating robotic system, namely reaction wheel or thrusters, avoiding disturbances in the robot's movement that could lead to collisions and saving energy and fuel as in a real satellite application. To emulate realistically the dynamic behavior of robots, it was important to increase the masses of the bodies involved in the experiments; therefore, a suitable base was attached to the active robot, which was loaded with additional weights and is lifted with a crane lifting system. Using the ADAMS software, studies were performed, predicting the response of the robotic arm motion with appropriate controllers, computing the strain of the mechanical components, both in stresses and in deformations at a dynamic level and the efficiency of the robot’s coupling mechanism, and the distribution of loads in their air bearings. The above subsystems of the robot were manufactured at a CNC milling machine. After their assembly, their electronic components were added, such as Hall sensors, force sensors, and light emitting diodes that are responsible for the correct operation of the robotic arm, the gripper, and the spatial determination of the position of the robot respectively. The purpose of the final experiments was to capture the target, to accurately grab the target so that there is no relative movement between the two, and to rigidize chaser and target through a probe that simulates real satellite operations, such as refueling, replacing a component, or some other necessary work on the satellite.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.advisorName	Papadopoulos, Evangelos	en
heal.committeeMemberName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Kyriakopoulos, Konstantinos	en
heal.committeeMemberName	Antoniadis, Ioannis	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	171 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false