故障衛星捕獲のためのアクティブワイヤ制御を用いた閉空間把持技術の確立

本研究では，宇宙開発において解決すべき問題である故障衛星のような大型宇宙ごみの捕獲・除去が可能となる手法の確立を目指す．把持手法としては柔軟関節マニピュレータ，そしてその手先に搭載される柔軟ワイヤを有する閉空間把持機構で，捕獲対象に取り付けられる把持部を把持する方式を採用した．今年度は，昨年度提案した接触制御を検証するために二つの研究トピックに取り組んだ．一つ目は軌道上捕獲ミッションを模擬するための動力学シミュレータの改良，そして二つ目はHardware-in-the-Loop-Simulator (HILS)の構築である．まず前者に関して，模擬する軌道上作業として国際宇宙ステーションに物資を搬送するHTVミッションを取り扱った．本研究室で開発された動力学シミュレータに，実際のHTVミッションでも採用されている制御側であるLIMPモードを適用し，軌道上ミッションの実データと比較した．その結果，従来の動力学シミュレータより安定した捕獲が可能となることを確認した．次に後者に関して，HILSでは捕獲するターゲットの挙動は，2次元平面内で微小重力環境を模擬できるAir Floating Systemで模擬し，柔軟関節マニピュレータの挙動は7自由度アームを用いて呈示させた．その際に必要となる，動力学モデルと実機間の相似則，特に柔軟関節マニピュレータの関節剛性や関節トルクといったパラメータの実機とHILS間の関係式を導出し，数値シミュレーションによりその正しさを実証した．次に，Air Floating Robotに搭載した閉空間把持機構を遠隔操作できるようにシステムを構築した．そして，柔軟関節マニピュレータの動力学モデルを計算機内に構築し，7自由度アーム手先に，柔軟関節マニピュレータの手先挙動が提示できるようにシステム構築を行い，最後に全てを統合してHILSを完成させた．

本研究では，宇宙開発において解決すべき問題である故障衛星のような大型宇宙ごみの捕獲・除去が可能となる手法の確立を目指す．把持手法としては柔軟関節マニピュレータ，そしてその手先に搭載される柔軟ワイヤを有する閉空間把持機構で，捕獲対象に取り付けられる把持部を把持する方式を採用した．今年度は，昨年度提案した接触制御を検証するために二つの研究トピックに取り組んだ．一つ目は軌道上捕獲ミッションを模擬するための動力学シミュレータの改良，そして二つ目はHardware-in-the-Loop-Simulator (HILS)の構築である．まず前者に関して，模擬する軌道上作業として国際宇宙ステーションに物資を搬送するHTVミッションを取り扱った．本研究室で開発された動力学シミュレータに，実際のHTVミッションでも採用されている制御側であるLIMPモードを適用し，軌道上ミッションの実データと比較した．その結果，従来の動力学シミュレータより安定した捕獲が可能となることを確認した．次に後者に関して，HILSでは捕獲するターゲットの挙動は，2次元平面内で微小重力環境を模擬できるAir Floating Systemで模擬し，柔軟関節マニピュレータの挙動は7自由度アームを用いて呈示させた．その際に必要となる，動力学モデルと実機間の相似則，特に柔軟関節マニピュレータの関節剛性や関節トルクといったパラメータの実機とHILS間の関係式を導出し，数値シミュレーションによりその正しさを実証した．次に，Air Floating Robotに搭載した閉空間把持機構を遠隔操作できるようにシステムを構築した．そして，柔軟関節マニピュレータの動力学モデルを計算機内に構築し，7自由度アーム手先に，柔軟関節マニピュレータの手先挙動が提示できるようにシステム構築を行い，最後に全てを統合してHILSを完成させた．