宇宙システムダイナミクスの地上用シミュレータ装置の試作と制御法に関する試験研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555304
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 狼 義彰 東京工業大学, 工学部, 教授 (50240750)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 和哉 東北大学, 工学部, 助教授 (00191578) ; 松永 三郎 東京工業大学, 工学部, 助手 (00222307)
• Keywords: 地上シミュレータ / キャプチャー / ドッキング / マルチボディ / 衝撃 / 重力補償 / 空気アクチュエータ

Research Abstract

本研究において、無重量状態を模擬するためのハードウェアシミュレータの試作を行った。まず第一に、完全無線化された水平駆動、姿勢制御が行えるシミュレータを完成させた。これは小型コンプレッサとボンベを用いて自力浮上、推力噴射ができ、コンピュータ間の無線通信を介して人間のジョイスティックによる制御も可能である。この装置の基本性能を取得し良好な結果を得た。一方、極めて低減衰な並進/回転運動の可能な小型装置も試作し、これを非協力衛星と見立てた回転揺動減衰実験を行い良好な結果を得た。更に、空圧駆動シリンダを用いたスチュワ-トプラネットフォーム型シミュレータの試作も同時に行った。エア-シールド型空気シリンダを試作し低摩擦化を図り、更に、応答時間を早めるために超高速電磁弁を採用した完全空圧重力補償を行っている。これを用いたドックング・キャプチャ実験を行い、衝撃力および衝撃後運動のシミュレーションを行い、数値解析と比較した。他方、ソフトウエア面として、ドッキング衝撃時の応力を解析的に見積もるため衝撃波動解析シミュレーションを行った。具体的には、リンク間の各種ジョイント機構における応力波動伝播をモデル化した多体リンク機構における衝撃応力解析アルゴリズムを考案し、様々な衝撃を伴う多体動力学シミュレーションを行った。また、開ループツリー構造の柔軟リンクを含む多体システムに汎用的に適用可能で簡便なユーザーインターフェースを持つソフトウェアを、MATLABを使用して開発した。3次元グラフィクスの表示にはフリーウェアソフトanimateを使用した。開発したソフトウェアを用いて、技術試験衛星ETS-VIIの軌道上マニピュレーションおよび姿勢ダイナミクスについて詳細な検討を行った。

Research Products

• [Publications] Jun Koyama,etc: "Impact Analysis of Flexible Multibody System Unhder Iuipa." Proc.7th Workshop on Astrodynamics and Flight. Mechaniss7. 50-55 (1997)
• [Publications] Saburo Matunaga: "Vibration Suppression Using Acceleration Feedback Control・・・" AIAA Journal. 35・5. 856-862 (1997)
• [Publications] Hemanshu Lakhani,etc.: "Force Control of Kinematically Constraired Mechanics" JSME International Journal,. C,40,3. 484-492 (1997)
• [Publications] Kazuya Yoshida etc.: "Three Dimensional Coutail Dynamics Simulation of Muses" Proc.7th Wovkshop on Astrodynamics and Flight. Mechania7. 160-165 (1997)
• [Publications] 吉田和哉,他: "衝突時に関節運動を生じるマニピュレータの衝撃力学特性" 日本ロボット学会誌. 16・1. 110-117 (1998)