Werden Roboterarme jemals zur Lagekontrolle im Weltraum eingesetzt?

Die Bewegung eines an einem Raumfahrzeug montierten Roboterarms stellt eine interessante Herausforderung aus Sicht der Steuerung dar. Ein Roboterarm wie Canadarm (Space Shuttle) und Canadarm2 (ISS) hat im Vergleich zum Raumfahrzeug eine beträchtliche Masse, und daher kann seine Bewegung sowohl seine Lage als auch seine Position stören. In einer perfekten Welt hat man reichlich Treibstoff für Triebwerke zur Lageregelung, um die Bewegung des Roboterarms auszugleichen. Treibmittel ist jedoch teuer und selbst wenn es reichlich vorhanden ist, kann es entweder auf den Roboterarm selbst oder auf die Nutzlast treffen, die er zu manipulieren versucht.

Das brachte mich zum Nachdenken ... Wenn ein Roboterarm ein Raumschiff drehen / verschieben kann, könnte er theoretisch als eine Art Lageregler verwendet werden. Dies würde zu einem viel komplizierteren dynamischen Steuerungsproblem führen, da die endgültige Pose des Roboter-Endeffektors stark durch den zurückgelegten Weg beeinflusst wird. Trotzdem könnte dies theoretisch funktionieren, wenn die Masse des Roboterarms erheblich ist (z. B. mit einer gefangenen Nutzlast). Auch wenn der Roboterarm hauptsächlich durch Solarzellen betrieben wird, könnte er theoretisch über einen längeren Zeitraum verwendet werden.

Das ist zumindest alles Theorie. Werden Roboterarme von Raumfahrzeugen in der Praxis normalerweise/jemals zur Lagekontrolle verwendet, entweder als Teil ihrer Nutzlastfangmission oder als nicht standardmäßige Methode der Lagekontrolle? Ich beschränke mich nicht nur auf die ISS oder Space Shuttles und bin offen für jeden Roboterarm im Weltraum.

@JCRM: Ich hatte den Verdacht, dass meine Schätzung seiner Masse etwas hoch war.
Sie werden zur Steuerung der Lage (und Position) der Nutzlasten verwendet, die sie handhaben.
Nur sehr wenige Raumschiffe haben Arme ...

Antworten (4)

Theoretisch ja. In der Praxis nein. Das Problem ist die kardanische Verriegelung , die selbst für praktische Lagesteuerungen problematisch ist, die von bewegten Massen wie Reaktionsrädern oder Steuermomentkreiseln abhängen. Gimbal Lock wird in kürzester Zeit seinen hässlichen Kopf mit einem Roboterarm-Einstellungscontroller aufrichten.

Können Sie das näher erläutern? Was hat es mit einem Roboterarm auf sich, der die Gimbal-Sperre viel schlechter macht?
@Paul - Ein echter Roboterarm (z. B. Canadarm) hat Haltepunkte. Das Bewegen der Arme über diese Haltepunkte hinaus kann dazu führen, dass die Arme auf die Struktur treffen (daher die Haltepunkte). Diese Gefahren bestehen nicht, wenn Ihr Roboter Robby heißt . Ein solcher Roboter kann stattdessen nach Belieben mit den Armen winken, während er "Gefahr, Will Robinson!" Aber das ist vermutlich ein echter Roboterarm.
Die Arme haben auch viele Besonderheiten. Ich denke 7 für den Shuttle-Arm, mehr für den großen Arm. Weit entfernt von meinem Referenzmaterial.
@DavidHammen mit den umfangreichen Antworten, die Sie hier und auf anderen Websites gegeben haben, ist dies das erste Mal überhaupt , dass ich wirklich nicht verstehe, was Sie sagen. Wie würden Haltepunkte die Gimbal-Sperre verhindern - wenn Sie das meinen? Ich bin mir sicher, dass es hier einen Einblick gibt, aber bisher fehlt er mir. Vielen Dank!

Ein eingeschränktes Ja.

Zumindest ist es versucht worden.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: "Abbildung 8: Lageregelungsmodell des Tochter-Subsatelliten durch die Armverbindungstechnik (Bildnachweis: Kagawa University)" von hier .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: Beschriftet, um den Roboterarm anzuzeigen, der die Lage des dem Nadir zugewandten Satelliten einstellen kann. „Abbildung 2: Künstlerische Darstellung der STARS-2-Tether-Mission nach dem Einsatz (Bildnachweis: Kagawa University)“ von hier .

In meiner Frage, wie gut könnte die Tether-Tension-Methode zur Lageregelung letztendlich tatsächlich für ein Cubesat-System funktionieren? Ich spreche von STARS-2 , das gestartet wurde und die Verwendung eines Roboterarms zur Lagekontrolle testen sollte. Ich glaube, es gab einige Probleme und nicht alle Aspekte wurden vor dem Wiedereintritt getestet. Weitere Informationen dazu finden Sie unter Anfängliches Orbitalleistungsergebnis des Nanosatelliten STARS-II .

Es gibt eine Folgemission namens STARS-C. Laut dem Miniatursatelliten von Spaceflight101, der von der Raumstation für das Orbital-Tether-Experiment eingesetzt wurde, wurde er 2016 eingesetzt, obwohl ich bisher keine weiteren Informationen gefunden habe oder ob er einen Gelenkarm hat, der den Haltegurt für Einstellungsanpassungen hält.

Siehe auch Tech-Times' Japan's Space Elevator Technology Will Be To Put to Test Soon .

Das Kriterium ist, dass in diesem Fall der Arm an einem Halteseil befestigt war, das an einem anderen Satelliten befestigt war. Das angebundene Paar wurde in einer Haltungsstabilisierungskonfiguration vom Gravitationsgradiententyp verwendet, und der Arm, der ein Ende des Halteseils hielt, wurde verwendet, um die Feineinstellungen der Lage zu testen, die von dem angebundenen Paar ausgingen.

Während die anderen Antworten besagen, dass Sie im Allgemeinen keinen Roboterarm als vollständiges Lageregelungssystem verwenden würden, könnten Feineinstellungen zusätzlich zu einem anderen robusteren Lageregelungssystem mit einem Roboterarm mit oder ohne Halteseil durchgeführt werden .

Ein Beispiel für eine Feineinstellung könnte ein leichtes Schwenken sein, um ein Raumschiff während einer Messung oder Belichtung von wenigen Sekunden auf einen festen Punkt auf der Erde gerichtet zu halten, um die scheinbare Bewegung der Oberfläche von ~7 km / s aufzuheben. Vielleicht gibt es dafür sogar historische Beispiele.

Ihre Frage fragt jedoch , ob dies bereits geschehen ist, und der einzige Fall, den ich bisher kenne, ist STARS-2 und möglicherweise STARS-C.

Nein.

Anstatt einen komplizierten Roboterarm zu verwenden, der bereits eine Aufgabe hat, werden viel einfachere und billigere Reaktionsräder verwendet.

Wenn der Roboterarm schon aus anderen Gründen als der Lagekontrolle da wäre, könnte er dann auch so genutzt werden, vielleicht zur Feinsteuerung?

Ein Variable Speed ​​Control Moment Gyro (oder VSCMG) bietet einen etwas ähnlichen Mechanismus des rotierenden Arms, während er auch ein Reaktionsrad an seinem Ende hat. Es wird von Dr. Schaub in diesem Coursera-Video perfekt erklärt .

Die ISS ist mit zwei solchen VSCMGs ausgestattet, wenn ich mich richtig erinnere.

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