Space Robotics has been attracting special interest as a new application field of robotics. Space robots will play an important role in future space projects, such as constructing space structures or servicing satellites.
First, an inverse kinematics algorithm to facillitate the joint space control is proposed. We present a joint space dynamic control scheme for free-flying space robots, and investigate the nonlinear parameterization property of the full dynamics using the momentum conservation law.
Secondly, under the parameter uncertainty, the extended robot model is used to apply the general adaptive control technique because it is linearly dependent on the dynamic parameters. Then we propose an adaptive control scheme in joint space based on the reaction compensation trajectory generation under the assumption that the vehicle motions are measurable.
Finally, to overcome this assumption, it is shown that the vehicle motions are calculated by means of the proposed inverse kinematics algorithm. We propose design techniques of the adaptive control system for free-flying space robots in joint space against parameter uncertainty and unknown payload.
Simulation results are presented to show the validity and the effectiveness of the proposed control schemes.
우주 로봇공학은 근래에 많은 관심을 불러 일으키고 있는 분야이다. 우주에 서의 로봇의 이용은 위험한 환경에서의 작업을 수행하고, 일의 생산성을 향상시키며 그 외 여러가지의 장점들이 있다.
우주 로봇은 "받침대(base)" 라 불리는 우주선(space vehicle) 위에 로봇 매니퓰레이터가 붙어 있는 구조로 되어 있다. 여기서, 우주 로봇이 보통의 지상에 고정된 매니퓰레이터와 틀린 점은 받침대부분이 움직인다는 것이다. 우주선과 로봇 팔의 동역학적 상호작용 때문에 우주 로봇을 제어하기가 어렵다.
이 논문에서 다루고 있는 우주 로봇 시스템은 로봇 받침대부분인 우주선이 단지 로봇 팔의 움직임에 의해서만 동작하는 free-flying 시스템이다. 따라서, 우주선은 따로 제어하지 않고, 로봇 팔만 제어해서 원하는 작업을 수행한다.
우주 로봇에 대해서 많은 연구들이 진행되어 왔으나, 조인트 스페이스 (joint space)에서의 제어문제와 시스템의 파라미터의 불확실성이나 부하의 변동이 있을 때의 제어문제들은 그다지 활발하게 연구되고 있지 않다.
본 논문에서는, 조인트 스페이스 제어(joint space control)와 적응 제어 방법들에 대해 생각해 보았다. 먼저, 조인트 스페이스에서 제어하기 위해서 역기구학 알고리즘(inverse kinematics algorithm)을 제안하였다. 그리고, 운동량 보존법칙을 이용해서 구한 전체 동역학(full dynamics)에서 조인트 스페이스 동역학제어를 하였다.
둘째로, 적응 제어 이론을 적용하기 위해 확장 로봇 모델(extended robot model)을 이용하였다. 이 모델에서, 우주선의 운동이 측정가능하다는 가정하에서, 조인트 스페이스 적응 제어 기법을 제시하였다.
마지막으로, 앞에서 제시되어졌던 역기구학 알고리즘을 이용해서 우주선의 운동을 계산함으로써 우주선의 운동이 측정가능해야 한다는 가정을 제거하였다. 또한, 역기구학 해(inverse kinematics solution)가 시스템의 동역학 파라미터 (dynamic parameters)에 의존하므로 이들 파라미터를 오프라인(off-line) 또는 온라인(on-line) 으로 정확히 추정하는 방법을 제시하였다. 궁극적으로, 파라미터 불확실성이나 부하의 변동에도 잘 동작하는 조인트 스페이스에서 free-flying 우주 로봇에 대한 적응 제어 시스템을 설계하였다.
각각의 제어 기법에 대해 시뮬레이션을 통해 그 효능과 타당성을 보였다.
