Управление движением космического манипуляционного робота

Введение 3
Глава 1. Постановка задачи управляемого движения космического манипуляционного робота 7
1.1. Модель космического манипуляционного робота 7
1.2. Постановка задачи 9
Глава 2. Уравнения движения космического манипуляционного робота 10
2.1. Динамическая модель космического манипуляционного робота 10
2.2. Построение функции кинетической энергии 11
2.3. Неуправляемое движение космического манипуляционного робота 13
2.4. Управляемое движение космического манипуляционного робота 18
Примеры 20
Заключение 27
Список литературы 28
Приложение
Купить

Прогресс не стоит на месте. Он, как и человечество развивается быстрыми темпами. Инновации находят свое место практически во всех сферах деятельности человека. В ХХ веке, все чаще деятельность человека оказывалась в среде, где условия окружающего пространства представляли опасность для жизни и здоровья. Постепенно, возникла потребность замены человека роботами. Сначала роботы стали появляться на заводах, где выполняли трудоемкие операции. Потом, с развитием прогресса, они начали появляться в самых разных областях деятельности человека.
Так, в середине ХХ века, вследствие удачного начала освоения космического пространства, одним из перспективных направлений робототехники стала разработка управляемых космических манипуляционных систем и роботов для выполнения монтажных и ремонтных работ, а так же для взаимодействия с другими космическими объектами. Работа космонавтов на станции и в открытом космосе связана с высокой опасностью и ограниченностью ресурсов, а дополнительные «руки» позволили существенно облегчить работу.
Использование робототехники для исследования и освоения космоса является одним из самых знаковых направлений науки и техники. За полувековую историю космического роботостроения было разработано множество устройств, многие из которых используются и сейчас.
Основное преимущество космических роботов в том, что в отличие от человека, они могут работать в крайне неблагоприятных условиях и практически без каких-либо ресурсов, ведь в большинстве случаев они работают на солнечных батареях.
С задачами космических роботов способны справиться и обычные роботы, используемые на Земле, но в связи с тем, что работа происходит в космосе, появляются несколько дополнительных требований к конструкции робота:
- способность перенести запуск корабля;
- функционирование в неблагоприятных условиях;
- минимально-возможный вес;
- долгий срок службы при минимальных энергозатратах;
- возможность работы в автономном режиме;
- возможность работы при удаленном управлении;
- повышенная надежность.
Для соответствия этим и другим предъявляемым требованиям, ученые разрабатывают новые и более совершенные комплектующие для роботов.
Одним из многих положительных качеств является заменимость роботов, ведь пережить потерю робота гораздо легче, чем гибель космонавта.
В список основных задач космических роботов входят такие работы как сборка на орбите космических объектов, техническое обслуживание спутников, кораблей и орбитальной станции, а так же очистка космического пространства от мусора.
Космическая робототехника позволяет существенно расширить возможности беспилотных космических аппаратов, доводя их практически до уровня пилотируемых кораблей.
Роботы-манипуляторы, по сути, являются имитацией человеческой руки. Они представлены в виде многозвенных устройств с захватом на конце и используются практически во всех сферах деятельности человека, в том числе и в космосе.
Приведем краткий обзор манипуляторов эксплуатируемых на Международной Космической Станции Рассмотрим некоторые манипуляторы, используемые на МКС.
Манипулятор «ERA» (Европа) [1], одной из наиболее интересных функций которого является способность перемещаться между заранее определёнными базовыми креплениями, установленными на обшивке станции, используя собственную систему управления. Это даёт возможность расширения зоны полезной работы, и достигается при помощи универсальной конструкции двух концевых эффекторов, которые могут действовать как рабочие органы или присоединяться к креплениям, размещённым на обшивке станции. Так как главный манипулятор станции «Канадарм-2» не может работать на российском сегменте МКС из-за ряда конструктивных ограничений, «ERA» служит основным манипулятором российского сегмента МКС и выполняет следующие задачи:
- обследование внешней поверхности станции;
- работа с оборудованием, размещённым на поверхности МКС;
- перемещение грузов массой до 8000 кг с точностью наводки до 5 мм.
Манипулятор «ERA» является симметричным механизмом, имеющим семь степеней подвижности. Он состоит из двух одинаковых штанг (длиной по 5 м каждая), соединенных шарниром. На концах этих штанг находятся одинаковые крепежные системы, поэтому робот может прикрепляться к станции любым концом и перемещаться по ее поверхности, подобно пауку. Также оснащен подсистемами телевидения, освещения, телеметрии и другими, обеспечивающими контроль над его работой.
Бортовой манипулятор «Канадарм-2» [2], представляет собой многозвенный механизм с электромеханическим приводом, длиной 17.6 метра, семью степенями свободы и предназначен для выполнения операций на орбите с многотонными грузами:
- выгрузка доставленного груза;
- размещение объектов на околоземной орбите или помещение их в состав орбитальной станции;
- захват свободно летающего в космосе объекта и погрузка его с последующим возвращением на Землю;
- перемещение астронавтов во время работы в открытом космосе.
Японский экспериментальный блок «KIBO» [3] состоит следующих модулей:
- Научная лаборатория:
Это центральная часть блока, которая позволяет проводить все виды экспериментов в условиях невесомости. Внутри модуля установлено 10 экспериментальных блоков.
- Багажный модуль:
Выполняет роль хранилища оборудования, в котором находятся перемещаемые контейнеры.
- Рука-манипулятор JEM RMS:
Обслуживает внешний грузовой блок. Основная часть руки (9.9 метра) переносит тяжелые объекты, а для деликатной работы используется малая съемная рука (1.9 метра). Оснащены видеокамерами, которые позволяют точно управлять движениями руки.
В отличие от всех этих робототехнических систем космического назначения, в работе исследуется модель космического манипуляционного робота, который функционирует в окрестности космической станции [4], в качестве помощника астронавта.

Купить