AstroROS :물리엔진 기반 우주 로봇틱스 시뮬레이터 개발 및 우주 로봇팔 admittance 제어기 설계 = AstroROS : Development of space robotics simulator based on physics engine and admittance controller design for space manipulator

국문 초록 (Abstract)

본연구에서는우주로봇틱스를위한오픈소스기반시뮬레이터와이를활용 한우주로봇팔의 admittance제어기설계및분석을수행하였다.미래의 On-Orbit- Servicing(OOS) 임무를 위해서는 인공위성 시스템이 로봇 시스템이 되어 연료 재 급유, 수리, 우주 쓰레기 제거 등의 임무를 수행할 수 있어야 한다. 이러한 임무 들은 높은 기술적 요구도를 가지며, 특히 우주 로봇팔 시스템은 복잡한 Guidance, Navigation, and Control(GN&C)기술들을필요로한다.많은연구기관들에서개별 기술 단위의 실험 시설을 구축하여 실험 및 검증을 수행하고 있으나, GN&C 기능 이통합된시스템단위의성능검증은공간적그리고경제적제약으로인해수행에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 한계를 보완하기 위해 Software-in- the-loop(SILS)시뮬레이터인 AstroROS를개발하였다. AstroROS는궤도역학(orbit dynamics)과다물체동역학(multi-body dynamics)을수행할수있는물리엔진간결 합을통해,우주환경을모사한시뮬레이션프레임워크(Framework)이다.추가적으 로, AstroROS의활용성을검증하기위해우주로봇팔을위한 admittance제어기를 설계하고,이를기반으로 Active Debris Removal(ADR)임무를시뮬레이션하였다. 접촉 시 발생하는 힘(contact force)을 추정하기 위해 force observer를 도입하였으 며, admittance 제어 적용 여부에 따른 성능을 비교한 결과, admittance 제어기를 사용할경우임무수행의안정성과성공률이향상됨을확인하였다. 주제어 : 우주로봇시뮬레이터;접촉역학;우주로봇팔;어드미턴스제어기

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 1
• 1.1 연구배경및문헌조사 1
• 1.2 본연구의공헌 5
• 1.3 논문의구성 5
• 제 2장 AstroROS 6
• 2.1 AstroROS Framework구성 6
• 2.2 Object Manager 6
• 2.3 Orbit Simulator 7
• 2.4 Physics Simulator 9
• 2.5 Data Flow Manager 10
• 2.6 Case Study 11
• 2.6.1 Case 1: Attitude Control 12
• 2.6.2 Case 2: Debris Capture Mission 14
• 제 3장 우주로봇시스템다물체동역학 18
• 3.1 Kinematics of free-flying satellite system 19
• 3.2 Dynamics of free-flying satellite system 20
• 제 4장 Admittance Controller 24
• 4.1 Admittance Controller소개 24
• 4.2 Modified Generalized Jacobian Matrix 26
• 4.3 Forward/Inverse Kinematics 28
• 4.4 Force Observer Design 29
• 4.5 Adaptive Algorithm 29
• 제 5장 AstroROS시뮬레이션및제어기성능검증 32
• 5.1 Simulation Setup 32
• 5.2 Implementation 34
• 5.3 Simulation Result 35
• 제 6장 결론 및 향후 계획 41
• 참고문헌 42
• 영문요약 46