Статья 'The Capturing of Space Debris with a Spaceborne Multi-fingered Gripper' - журнал 'Space Research' - NotaBene.ru
по
Меню журнала
> Архив номеров > Рубрики > О журнале > Авторы > О журнале > Требования к статьям > Порядок рецензирования статей > Ретракция статей > Этические принципы > Политика открытого доступа > Оплата за публикации в открытом доступе > Online First Pre-Publication > Политика авторских прав и лицензий > Политика цифрового хранения публикации > Политика идентификации статей > Политика проверки на плагиат > Редакция > Редакционный совет
Журналы индексируются
Реквизиты журнала
Публикация за 72 часа - теперь это реальность!
При необходимости издательство предоставляет авторам услугу сверхсрочной полноценной публикации. Уже через 72 часа статья появляется в числе опубликованных на сайте издательства с DOI и номерами страниц.
По первому требованию предоставляем все подтверждающие публикацию документы!
ГЛАВНАЯ > Вернуться к содержанию
Space Research
Правильная ссылка на статью:

The Capturing of Space Debris with a Spaceborne Multi-fingered Gripper / The Capturing of Space Debris with a Spaceborne Multi-fingered Gripper

Инь Чжан

Robotic Institute, Beihang University of Aeronautics and Astronautics

100191, Китай, г. Пекин, ул. Xue Yuan Lu, 37

Yin Zhang

Исследователь Робототехнического института, Пекинский университет авиации и космонавтики 

37 Xue Yuan Lu, Haidian Qu, Beijing Shi, China 100191

zhangyin2017@yahoo.com
Цян Чжань

Robotic institute, Beihang University of Aeronautics and Astronautics

100191, Китай, г. Пекин, ул. Сюэ Юань Лу, 37

Qiang Zhan

Исследователь Института робототехники, Пекинский университет авиации и космонавтики

37 Xue Yuan Lu, Haidian Qu, Beijing Shi, China, 100191

qzhan@buaa.edu.cn

DOI:

10.7256/2453-8817.2017.3.24667

Дата направления статьи в редакцию:

09-11-2017


Дата публикации:

27-12-2017


Аннотация: Предмет исследования – технологии решения актуальной проблемы удаления космического мусора. В работе рассмотрены возможности технологии использования механического захвата с четырьмя гибкими пальцами, размещенного на борту орбитального космического аппарата – сборщика мусора. В качестве характерного образца космического мусора выбран миниатюрный швейцарский искусственный спутник SwissCube (2009, построен на универсальной платформе малых искусственных спутников CubeSat в форме куба с размером ребра 0,1 м и массой 1,0 кг). В работе использовались методы линейной алгебры путем построения матриц собственных и угловых моментов количества движения каждого пальца захвата и SwissCube с учетом одновременного вращения спутников с малыми угловыми скоростями. Для упрощения модели использовалось предположение о нулевой силе гравитации между объектами. В общем случае, модель системы захвата учитывала наличие жестких и упругих компонентов, для описания которых, в свою очередь, был использован метод конечных элементов. Для оценки результативности модели при различных вариантах удержания проводилось имитационное моделирование процессов захвата SwissCube с использованием пакета программ виртуального моделирования кинематических процессов в системе нескольких тел MSC ADAMS. Рассмотрено два варианта возможных последующих ускорений и вращений спутников в зависимости от величины трения в зоне контакта каждого манипулятора со SwissCube и степени жесткости пальцев захвата. Показано, что расчеты по матричной модели и результаты имитационного моделирования не противоречат друг другу. Выявлены факторы, влияющие на процесс удерживания: величина трения в зоне контакта и гибкость пальца захвата.


Ключевые слова: Космический мусор, Многопальцевый захват, Процесс захвата, Гибкость, Контактное трение, Проектирование и разработка, Робототехника, Виртуальное моделирование прототипа, Низкая околоземная орбита, SwissCube

Abstract: With the massive launching of spacecraft, more and more space debris are making the low Earth orbit (LEO) much more crowded which seriously affects the normal flight of other spacecrafts. Space debris removal has become a very urgent issue concerned by numerous countries. In this paper, using SwissCube as a target, the capturing of space debris with a spaceborne four-fingered gripper was studied in order to obtain the key factors that affect the capturing effect. The contact state between the gripper fingers and SwissCube was described using a defined contact matrix. The law of momentum conservation was used to model the motion variations of the gripper and SwissCube before and after the capturing process. A zero-gravity simulation environment was built using ADAMS software. Two typical kinds of capturing processes were simulated considering different stiffness of fingers and different friction conditions between fingers and SwissCube. Comparisons between results obtained with the law of momentum conservation and those from ADAMS simulation show that the theoretical calculations and simulation results are consistent. In addition, through analyzing the capturing process, a valuable finding was obtained that the contact friction and finger flexibility are two very important factors that affect the capturing result.



Keywords:

Robotics, Design and Development, Contact Friction, Flexibility, Capturing process, Multi-fingered Gripper, Space Debris, Virtual Prototype Development, Low Earth orbit, SwissCube

Библиография
1.
M.H. Shan, J. Guo and E. Gill, Review and comparison of active space debris capturing and removal methods, Prog Aerosp Sci. 80 (2016) 18-32.
2.
J.-C. Liou, N.L. Johnson and N.M. Hill, Controlling the growth of future LEO debris populations with active debris removal, Acta Astronaut. 66 (2010) 648-653.
3.
C. Bonnal, J.M. Ruault and M.C. Desjean, Active debris removal: recent progress and current trends, Acta Astronaut. 85 (2013) 51-60.
4.
G. Creamer, The SUMO/FREND project: technology development for autonomous grapple of geosynchronous satellites, Adv Astronaut Sci. 128 (2007) 895-909.
5.
T. Boge, T. Wimmer, O. Ma and M. Zebenay, EPOS-A robotics-based hardware-in-the-loop simulator for simulating satellite RvD operations. In: 10th International symposium on artificial intelligence, robotics and automation in space, Sapporo, Japan, 2010.
6.
J.A.F. Deloo, Analysis of the rendezvous phase of e.Deorbit: guidance, communication and illumination. PhD Thesis, Delft University of Technology, NL, 2015.
7.
S. Kawamoto, T. Makida, F. Sasaki, et al, Precise numerical simulations of electrodynamic tethers for an active debris removal system, Acta Astronaut. 59 (2006) 139-148.
8.
C.R. Phipps, K.L. Baker, S.B. Libby, et al, Removing orbital debris with lasers, Adv Space Res. 49 (2012) 1283-1300.
9.
M. Richard, L. Kronig, F. Belloni, et al, Uncooperative rendezvous and docking for MicroSats, In: 6th International conference on recent advances in space technologies, Istanbul, Türkiye, 12-14 June 2013.
10.
O.A. Araromi, I. Gavrilovich, J. Shintake, et al, Rollable multisegment dielectric elastomer minimum energy structures for a deployable microsatellite gripper, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 20 (2015) 438-446.
References (transliterated)
1.
M.H. Shan, J. Guo and E. Gill, Review and comparison of active space debris capturing and removal methods, Prog Aerosp Sci. 80 (2016) 18-32.
2.
J.-C. Liou, N.L. Johnson and N.M. Hill, Controlling the growth of future LEO debris populations with active debris removal, Acta Astronaut. 66 (2010) 648-653.
3.
C. Bonnal, J.M. Ruault and M.C. Desjean, Active debris removal: recent progress and current trends, Acta Astronaut. 85 (2013) 51-60.
4.
G. Creamer, The SUMO/FREND project: technology development for autonomous grapple of geosynchronous satellites, Adv Astronaut Sci. 128 (2007) 895-909.
5.
T. Boge, T. Wimmer, O. Ma and M. Zebenay, EPOS-A robotics-based hardware-in-the-loop simulator for simulating satellite RvD operations. In: 10th International symposium on artificial intelligence, robotics and automation in space, Sapporo, Japan, 2010.
6.
J.A.F. Deloo, Analysis of the rendezvous phase of e.Deorbit: guidance, communication and illumination. PhD Thesis, Delft University of Technology, NL, 2015.
7.
S. Kawamoto, T. Makida, F. Sasaki, et al, Precise numerical simulations of electrodynamic tethers for an active debris removal system, Acta Astronaut. 59 (2006) 139-148.
8.
C.R. Phipps, K.L. Baker, S.B. Libby, et al, Removing orbital debris with lasers, Adv Space Res. 49 (2012) 1283-1300.
9.
M. Richard, L. Kronig, F. Belloni, et al, Uncooperative rendezvous and docking for MicroSats, In: 6th International conference on recent advances in space technologies, Istanbul, Türkiye, 12-14 June 2013.
10.
O.A. Araromi, I. Gavrilovich, J. Shintake, et al, Rollable multisegment dielectric elastomer minimum energy structures for a deployable microsatellite gripper, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 20 (2015) 438-446.
Ссылка на эту статью

Просто выделите и скопируйте ссылку на эту статью в буфер обмена. Вы можете также попробовать найти похожие статьи


Другие сайты издательства:
Официальный сайт издательства NotaBene / Aurora Group s.r.o.
Сайт исторического журнала "History Illustrated"