Συντονισμένος έλεγχος εμπέδησης και μελέτη ευαισθησίας σε ρομποτικές εργασίες με επαφή σε τροχιά

Ξύδη Χρυσάφη, Φωτεινή; Xydi Chrysafi, Foteini

dc.contributor.author	Ξύδη Χρυσάφη, Φωτεινή	el
dc.contributor.author	Xydi Chrysafi, Foteini	en
dc.date.accessioned	2023-01-26T13:27:36Z
dc.date.available	2023-01-26T13:27:36Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56949
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24647
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Ρομποτική	el
dc.subject	Προσομοιώσεις	el
dc.subject	Έλεχγος εμπέδησης	el
dc.subject	Δυναμική ρομποτικών συστημάτων	el
dc.subject	Space robotics	en
dc.subject	Ευρωστία	el
dc.subject	Simulation	en
dc.subject	Sensitivity analysis	en
dc.subject	Impedance control	en
dc.subject	Dynamics of free flying space robotic systems	en
dc.title	Συντονισμένος έλεγχος εμπέδησης και μελέτη ευαισθησίας σε ρομποτικές εργασίες με επαφή σε τροχιά	el
dc.title	COORDINATED IMPEDANCE CONTROL AND SENSITIVITY STUDY IN ON-ORBIT ROBOTIC CONTACT OPERATIONS	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Ρομποτική, Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-31
heal.abstract	Σε πολλές αποστολές σε τροχιά, στο χώρο του διαστήματος, απαιτείται συνεχής επαφή μεταξύ ενός ρομπότ εξυπηρέτησης (κυνηγός) και ενός εξυπηρετούμενου δορυφόρου (στόχος) για να ολοκληρωθεί μία αποστολή, όπως για παράδειγμα η απομάκρυνση ανενεργού δορυφόρου προς καταστροφή του στην ατμόσφαιρα. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία σχεδιάζεται ένας συντονισμένος ελεγκτής εμπέδησης, επέκταση του προγενέστερα προτεινόμενου ελεγκτή εμπέδησης, στο πλαίσιο της αντίστοιχης προπτυχιακής εργασίας, για εφαρμογή σε Ελεύθερα Ιπτάμενο Διαστημικό Ρομποτικό Σύστημα (ΕΙΔΡΣ), με σκοπό να μεταβάλλει την κίνηση δορυφόρου μέσω συνεχούς επαφής. Με τον όρο «συντονισμένος» εννοούμε ότι ο εν λόγω ελεγκτής θα εφαρμοστεί συγχρόνως στη βάση, αλλά και στο Εργαλείο Τελικής Δράσης (ΕΤΔ) του ΕΙΔΡΣ, σε αντίθεση με τον προηγούμενο νόμο ελέγχου, ο οποίος περιορίστηκε στον έλεγχο της κίνησης του βραχίονα, προκαλώντας κωλύματα που οδήγησαν σε ανεπιτυχείς προσπάθειες. Παραμετρική αβεβαιότητα συναντάται σε πολλές περιπτώσεις κατά τις εργασίες σε τροχιά με Διαστημικά Ρομποτικά Συστήματα (ΔΡΣ), από τις απότομες αλλαγές στη θερμοκρασία που συναντώνται στο διάστημα και προκαλούν θερμική διαστολή ή συστολή στα μηχανικά μέρη των ΔΡΣ μεταβάλοντας τα μήκη των συνδέσμων των βραχιόνων τους, μέχρι την προφανή αβεβαιότητα στη μάζα του δορυφόρου - στόχου, η οποία συνεπάγεται και παραμετρική αβεβαιότητα στο συνολικό σύστημα. Ο προτεινόμενος νόμος ελέγχου όμως βασίζεται στο μοντέλο του ΔΡΣ (model-based control laws), δηλαδή η αποτελεσματικότητα του εξαρτάται από την ακριβή γνώση των παραμέτρων του ΔΡΣ και του στόχου. Συνεπώς, στην παρούσα εργασία γίνεται μία ανάλυση ευαισθησίας στις παραμέτρους για να εκτιμηθεί ποια παράμετρος του συστήματος επηρεάζει πιο πολύ την αποτελεσματικότητα του προτεινόμενου ελεγκτή, έτσι ώστε να εξεταστεί στη συνέχεια η ευρωστία του σε μη πλήρη γνώση των παραμέτρων αυτών. Η εν λόγω μελέτη γίνεται στο πλαίσιο μονοδιάστατης κίνησης με τη βοήθεια αναπτύγματος Taylor και τα συμπεράσματα που προκύπτουν, επαληθεύονται με τη βοήθεια των πολλαπλών προσομοιώσεων Monte Carlo για ένα μονοδιάστατο σύστημα. Επιπλέον, αναπτύσσεται ένα παραμετρικό μοντέλο προσομοίωσης στο Simscape του Simulink, του ρομποτικού δορυφόρου του εργαστηρίου Αυτομάτου Ελέγχου (Cepheus), προκειμένου να δοκιμαστεί ο προτεινόμενος συντονισμένος ελεγκτής εμπέδησης. Για τον σκοπό αυτό, μοντελοποιείται ο ρομποτικός δορυφόρος του εργαστηρίου, που αποτελείται από μία βάση και έναν βραχίονα, καθώς και ο στόχος με τον οποίο καλείται να έρθει σε επαφή. Επίσης, μοντελοποιείται η επαφή του ρομποτικού συστήματος με το σώμα του στόχου με τη βοήθεια του αντίστοιχου Toolbox του Simscape και καθ’ αυτόν τον τρόπο ελέγχεται η αποτελεσματικότητα της χρήσης του ελεγκτή μέσω ρεαλιστικών μοντέλων. Τέλος, παρατίθενται όλα τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων που διεξήχθησαν για το σύστημα του εργαστηρίου (Cepheus), αλλά και για το σύστημα που χρησιμοποιήθηκε στο Project EROSS, αποδεικνύοντας την επιτυχή χρήση του ελεγκτή σε διαφορετικά περιβάλλοντα μέσω μάλιστα και της σύγκρισης των αποτελεσμάτων, της διατήρησης δύναμης επαφής μεταξύ των δύο σωμάτων, με τα αντίστοιχα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν στο Simulink σε προπτυχιακό επίπεδο.	el
heal.abstract	In a number of on-orbit applications, such as de-orbiting, continuous contact between a servicing robot (chaser) and a serviced satellite (target) is needed. In the present Master Thesis, a coordinated impedance controller for application to a Free-Flying Space Robot (FFSR) is designed, in order to change the motion of a satellite by continuous contact. The coordinated impedance controller is an extension of the previously proposed control law, within the corresponding undergraduate work. It is applied at the same time on the basis of the robot, contrary to the previous controller, which was limited to controlling only the manipulator of the robot, causing problems on the completion of the mission. Parametric uncertainty, in many cases of on-orbit operations, is encountered. From sudden changes at the temperature, finding in space and causing thermal expansion or contraction in the mechanical parts of the manipulator of the robot, to the apparent uncertainty in the mass of the satellite - target, which also implies parametric uncertainty in the overall system. The proposed control law is a model-based one, i.e. its effectiveness depends on the accurate knowledge of the parameters of the system (chaser and target). Therefore, in the present work a sensitivity analysis is carried out, to assess which parameter of the system affects the most the performance of the proposed controller, so that its robustness to these parameters is examined. This study is executed for one-dimensional motions, using the Taylor’s expansion and the resulting conclusions are verified using the Monte Carlo simulations, for a one-dimensional system. Furthermore, a parametric simulation model of the robotic satellite (Cepheus) of the Control Systems Laboratory in Simscape of Simulink, is developed, to test the proposed coordinated impedance controller. To this end, the robotic satellite, consisting of a a base and a manipulator, as well as its target were modelled. Also, the contact of the two abovementioned bodies was modelled, using the respective Toolbox of Simscape to check the usage of the controller through realistic models. Eventually, the successful use of the controller in different environments through the results of the simulations was carried out for the Cepheus and for the system used in the project EROSS. Last but not least, the comparison regarding the continuous contact force between the two bodies with the corresponding results from the simulations executed at Simulink within our undergraduate work, was adduced.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	84 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false