(nr 43 wg kalendarza katedralnego)

Termin i miejsce: 16 czerwca 2016, godz. 11:15, s. 208 C-3

Prelegent: mgr inż. Tomasz Rybus

Temat:  Sterowanie manipulatorem satelitarnym podczas manewru przechwytywania satelity i stabilizacji jego ruchu

Seminarium rozpoczyna procedurę obrony pracy doktorskiej, promotor: prof. dr inż. Jerzy Sąsiadek, promotor pomocniczy: dr inż. Karol Seweryn

Od wielu lat rozważane jest zastosowanie bezzałogowego satelity wyposażonego w manipulator do prowadzenia prac serwisowych na orbicie. Taki satelita mógłby również zostać wykorzystany do przechwytywania i usuwania z orbity śmieci kosmicznych. Planowanie trajektorii i sterowanie manipulatorem satelitarnym jest zadaniem skomplikowanym, ponieważ ruchy manipulatora wpływają na pozycję i orientację satelity, na którym ten manipulator jest umieszczony. Manipulator satelitarny jest układem nieholonomicznym (więzy nieholonomiczne wynikają z zasady zachowania momentu pędu). Głównym celem przeprowadzonych badań było opracowanie dla manipulatora satelitarnego układu sterowania, który pozwala na optymalne przeprowadzenie manewru przechwycenia oraz, już po przechwyceniu, pozwala na stabilizację ruchu układu dwóch satelitów połączonych manipulatorem. Zaproponowano układ sterowania o modułowej strukturze: moduł planowania trajektorii pozwala na zaplanowanie trajektorii manipulatora, zaś moduł śledzenia trajektorii zapewnia realizację wybranej trajektorii mimo występowania zakłóceń oraz mimo niedokładnej znajomości parametrów układu. Zależnie od tego, jaki jest cel danego manewru, trajektoria manipulatora może być zdefiniowana w przestrzeni konfiguracyjnej (przebiegi pozycji przegubów manipulatora) lub w przestrzeni kartezjańskiej (przebieg pozycji członu roboczego manipulatora). Na etapie planowania trajektorii członu roboczego manipulatora w trakcie manewru przechwycenia zastosowano metodę oparta na rachunku wariacyjnym, zaś na etapie planowania trajektorii manipulatora po połączeniu dwóch satelitów zastosowany został algorytm Rapidly-exploring Random Trees (RRT). Na etapie realizacji wybranej trajektorii zastosowany został algorytm sterowania predykcyjnego. Poprawność przyjętego opisu dynamiki manipulatora satelitarnego potwierdzono w eksperymentach przeprowadzonych w symulowanych warunkach mikrograwitacji, a opracowany układ sterowania zbadany został za pomocą symulacji numerycznych. Przeprowadzone badania dowiodły, że opracowany układ sterowania manipulatora satelitarnego o swobodnej bazie (tzw. manipulator free-floating) pozwala na skuteczne przeprowadzenie manewru przechwycenia wybranego satelity, a następnie na ustabilizowanie ruchu dwóch satelitów połączonych manipulatorem. W przypadku zakłóceń działających na układ oraz niedokładnej znajomości parametrów satelity i manipulatora, zastosowanie sterowania predykcyjnego pozwala na uzyskanie mniejszych błędów realizacji trajektorii niż zastosowanie innych algorytmów sterowania.

mgr inż. Tomasz Rybus: Absolwent Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej. Od 2009 pracownik Laboratorium Mechatroniki i Robotyki Satelitarnej w Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN). Od 2011 roku uczestnik studiów doktoranckich w CBK PAN. Jego zainteresowania naukowe obejmują dynamikę i sterownie układów wieloczłonowych pracujących w warunkach orbitalnych. Uczestniczył w projektach związanych z robotyką kosmiczną oraz penetratorami przeznaczonymi do badania warstw podpowierzchniowych różnych obiektów Układu Słonecznego. W latach 2013 – 2015 był kierownikiem realizowanej w CBK PAN części projektu “Robust, unsupervised visual motion recognition of non-cooperative satellite for on-orbit capture” wykonywanego dla Europejskiej Agencji Kosmicznej. Obecnie jest menedżeremprojektu „Opracowanie i walidacja modelu laboratoryjnego robota kosmicznego zawierającego układ silników resistojet” finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu Badań Stosowanych. Tomasz Rybus jest współautorem 15 prac w czasopismach naukowych (w tym 5 jako główny autor, z czego 2 jako główny autor publikacji w czasopiśmie z listy filadelfijskiej) oraz 36 artykułów w materiałach konferencyjnych (w tym 13 jako główny autor).