Optimal Trajectory Planning and Compliant Spacecraft Capture Using a Space Robot
Notice bibliographique
Résumé
Due to the ever-increasing volume of on-orbit debris, determining viable means of capturing and removing said debris has become vital.This thesis proposes solutions to the first two of three phases during debris removal: namely, deployment of a robotic manipulator, and the capture of a target spacecraft.For the deployment phase, to solve the nonlinear trajectory planning problem for free-floating robots, this thesis proposes the use of pseudospectral methods.Using three different pseudospectral optimal control tools, simulations are performed and it is shown that each tool is capable of finding a unique local minima, which ensures zero attitude change by the end of the deployment.Each solution is then validated using Pontryagin's minimum principle, Bellman's principle of optimality, and by propagating the control torques using a numerical integrator and the dynamics model.Experimental validation is performed at Carleton University's Spacecraft Robotics and Control Laboratory to further investigate the solutions obtained from each tool.Ultimately, it is determined that all solutions resulted in a reduced attitude disturbance at the end of the deployment manoeuvre.After the deployment phase, a nonlinear disturbance observer-based impedance controller is proposed for the compliant capture of free-flying spacecraft using a free-flying robot.An existing nonlinear disturbance observer that can be used to determine the end-effector disturbance for a fixed-base manipulator without knowledge of the second state derivatives is extended for use with a free-flying robot.The observer is shown to be asymptotically stable.The observer is then paired with an impedance controller in a simulated contact scenario, and the response is shown to be stable and compliant even in the presence of noise.Furthermore, the estimated contact force from the observer is compared to the actual disturbance, and the error converges asymptotically to zero.Finally, the proposed technique is successfully experimentally validated at Carleton University's Spacecraft Robotics and Control Laboratory.iii First and foremost, I want to express my gratitude to Steve Ulrich, my supervisor.Your patience and guidance helped make this thesis possible, hopefully you also learned something during our time working together.I also want to thank my friends and colleagues; in particular, thanks to Kirk Hovell (who, for all intents and purposes, built the lab from the ground up) and Justin Kernot (whose excellence in design work was fundamental to the success of the experiments in this thesis).Thanks as well to my family, to whom this thesis is dedicated to -family is the most important part of my life
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».