キャスティングを用いた故障人工衛星の衝撃カスラストによる姿勢制御に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750843
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Kagawa University
• Principal Investigator: 能見 公博 香川大学, 工学部, 助教授 (20325319)
• Keywords: テザー / ロボット / マニピュレータ / 起動制御 / 衝突・接触 / シミュレーション

Research Abstract

本研究は,テザーに連結された球を母船搭載マニピュレータで投げるキャスティング法を用いて,球を故障人工衛星に衝突させることにより姿勢制御を行う手法を,ソフトウエアシミュレーションにより評価することを目的としている.具体的には,汎用機構解析ソフトウエアADAMSを用いた挙動解析・制御手法評価を行う.まず,母船搭載マニピュレータ・故障人工衛星・テザー連結球のモデリングを行った.基本的にADAMSは,剛体要素の拘束・作用力関係を用いて連結するモデリングである.ここではテザーを無質量と仮定し,伸縮・たわみを無視することとし,母船搭載マニピュレータ手先と球の間に張力のみ作用するモデルとした.また,故障人工衛星とテザー連結球は衝突が発生するモデリングを行った.次に,キャスティングにおけるテザー連結機器の移動軌道修正制御法を,ADAMSに設定した.とくに,テザー連結球の故障衛星衝突時の状態(位置・速度)を目標状態とできるように改良してある.そして,シミュレーションを実施し,キャスティングの有効性を検証・評価した.
一方で,テザーの質量・伸縮・たわみを考慮した基礎的な伸展・回収シミュレーションを,ADAMSを用いて行った.このシミュレーションでは,ザーを要素分割した剛体により表現し,伸展・回収は鉛直方向のある高さの一点において,テザーを横方向に拘束することにより表現した.また,テザー先端球は多剛体系とし,球の姿勢制御を行うことにより伸展・回収中にテザーが絡まるなどの危険性を回避する制御を用いている.シミュレーション結果より,テザー先端球の姿勢制御が有効であること,重力の影響が小さくなるにつれて(微小重力環境),テザーの振り子モード以外の振動成分が現れることが確認された.これは,重力による安定性が低下するためである.

Research Products

• [Publications] M.Nohmi: "Space Casting Deployment Under Influence of Mother Spacecraft Orbital Motion"Machine Intelligence and Robotic Control, MIROC. (発表予定).
• [Publications] 能見公博, 曄道佳明, 曽我部潔: "弦下端に取り付けられた剛体系の姿勢制御"日本機械学会論文集(C編). 67・664. 3808-3314 (2001)
• [Publications] M.Nohmi, D.N.Nenchev, M.Uchiyama: "Tethered Robot Casting Using a Spacecraft mounted Manipulator"AIAA Journal of Guidance, Control and Dynamics. 24・4. 827-833 (2001)