JP2005205551A - Satellite, manipulator device and satellite control method - Google Patents

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Tadashi Murata
直史 村田
Takaharu Hiroe
隆治 広江
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a satellite, a manipulator device capable of surely capturing and gripping a gripping object; and a satellite control method. <P>SOLUTION: When a gripper 202 provided on the tip of an arm 201 of a service satellite 200 contacts with a gripping object part 101 of a rescue satellite 100, an orbit for moving the arm 201 is corrected on the basis of contact force R of the gripper 202 and the gripping object part 101, and the gripper 202 is moved in the orbit becoming familiar with the gripping object part 101 from the front. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、衛星、マニピュレータ装置、衛星の制御方法に関する。   The present invention relates to a satellite, a manipulator device, and a satellite control method.

近年、ロケットや衛星の商業化が進んでいる。しかし、衛星を、所定の軌道に投入するのを失敗すると、その損失は莫大な金額となるのは周知の通りであり、これが商業化の妨げともなっている。
このため、従来より、衛星を所定の軌道に確実に投入するべく、様々な技術が鋭意開発されてはいるものの、その確率を100%とするのは非常に困難である。
In recent years, rockets and satellites have been commercialized. However, as is well known, if a satellite fails to be put into a predetermined orbit, the loss will be enormous, which has hindered commercialization.
For this reason, various techniques have been developed in an effort to reliably put a satellite into a predetermined orbit, but it is very difficult to set the probability to 100%.

そこで、所定の軌道への投入を失敗した衛星(以下、これをレスキュー衛星と適宜称する)を、他の衛星(以下、これをサービス衛星と適宜称する)によって軌道への再投入を行う、「軌道再投入サービス」が注目されている。
このサービスは、サービス衛星に備えたマニピュレータ等によりレスキュー衛星を捕獲し、レスキュー衛星に対して所要のメンテナンスを行い、軌道への再投入を可能とするものである。
Therefore, a satellite that has failed to enter a predetermined orbit (hereinafter referred to as a rescue satellite as appropriate) is reintroduced into orbit by another satellite (hereinafter referred to as a service satellite as appropriate). "Re-injection service" is attracting attention.
In this service, a rescue satellite is captured by a manipulator or the like provided for the service satellite, the required maintenance is performed on the rescue satellite, and re-injection into the orbit is enabled.

ところで、宇宙空間においては、重力環境等が地上とは大きく異なるため、これらの環境の相違を考慮しなければならず、宇宙空間で用いられるマニピュレータ等のロボットの制御においても各種の工夫がなされている(例えば、特許文献1参照。)   By the way, in space, the gravitational environment is very different from the ground, so the difference between these environments must be taken into account, and various devices have been devised in the control of robots such as manipulators used in space. (For example, see Patent Document 1)

特開平10−193289号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-193289

特に、サービス衛星に備えたマニピュレータでレスキュー衛星を捕獲する際、宇宙空間では、レスキュー衛星が物理的に非拘束、または拘束力が弱い状態にある。このためマニピュレータがレスキュー衛星に当たると、レスキュー衛星が弾き飛ばされ、捕獲が困難になることがある。   In particular, when a rescue satellite is captured by a manipulator provided in a service satellite, the rescue satellite is physically unconstrained or has a weak restraint force in outer space. For this reason, when the manipulator hits the rescue satellite, the rescue satellite may be blown off, making it difficult to capture.

また、レスキュー衛星を捕獲した後、マニピュレータを動作させてレスキュー衛星を移動させることがあるが、拘束力の少ない宇宙空間では、アームの動作がレスキュー衛星やサービス衛星の姿勢に大きな影響を及ぼすこともある。このため、マニピュレータの動作に呼応して、ジャイロやスラスタ等のアクチュエータで姿勢制御を実施しているが、その制御も複雑であり、またエネルギーリソースも限られていることから最小の消費エネルギーでの姿勢制御が要求されている。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、把持対象物を確実に捕獲・把持できる衛星、マニピュレータ装置、衛星の制御方法を提供することを目的とする。
また、他の目的は、物理的な拘束力が弱い状態において、最小の消費エネルギーで姿勢制御を行うことのできる衛星、衛星の制御方法を提供することにある。
In addition, after the rescue satellite is captured, the manipulator may be moved to move the rescue satellite. However, in space with little binding force, the movement of the arm may significantly affect the attitude of the rescue satellite or service satellite. is there. For this reason, attitude control is performed by actuators such as gyros and thrusters in response to the operation of the manipulator, but the control is complicated and energy resources are limited. Attitude control is required.
The present invention has been made based on such a technical problem, and an object of the present invention is to provide a satellite, a manipulator device, and a satellite control method capable of reliably capturing and grasping an object to be grasped.
Another object is to provide a satellite and a satellite control method that can perform attitude control with minimum energy consumption in a state where physical binding force is weak.

かかる目的のもとになされた本発明の衛星は、把持対象物を把持可能なマニピュレータを備えた衛星であって、マニピュレータを把持対象物に向けての軌道に沿って動作させるマニピュレータ制御部と、マニピュレータが把持対象物に接触したときに把持対象物に生じる回転モーメントに応じた方向にマニピュレータを変位させ、把持対象物の反跳を抑制する反跳抑制制御部と、を備えることを特徴とする。
把持対象物の反跳を抑制するには、反跳抑制制御部にて、マニピュレータを把持対象物に向けて接近させていき、マニピュレータが把持対象物に接触したとき、マニピュレータを把持対象物に生じる回転モーメントに応じた方向に回転させつつ、把持対象物に向けて並進させるのが好ましい。
また、マニピュレータが把持対象物に接触したときに把持対象物の反跳軌道を予測し、予測された反跳軌道に基づいてマニピュレータを動作させて、把持対象物を追尾させる反跳追尾制御部をさらに備えることもできる。カメラや画像処理等を用い、把持対象物を追尾することも可能ではあるが、画像処理等が把持対象物の動きに追いつかない可能性がある。そこで、マニピュレータが把持対象物に接触したときの接触力、把持対象物の位置、姿勢、動き等に基づき、把持対象物の反跳軌道を予測し、把持対象物を追尾するのである。
さらに、マニピュレータで把持対象物を把持した状態でマニピュレータを動作させて把持対象物を移動させるとき、把持対象物によってマニピュレータを介して衛星に作用するモーメントが最小となるような軌道を生成し、生成された軌道に沿ってマニピュレータ制御部でマニピュレータを動作させる軌道生成制御部をさらに備えることもできる。このようにすれば、衛星に作用するモーメントが最小となるような軌道で、把持対象物を移動させることができる。
The satellite of the present invention made for this purpose is a satellite provided with a manipulator capable of gripping a gripping object, and a manipulator control unit that moves the manipulator along an orbit toward the gripping object; A recoil suppression control unit that displaces the manipulator in a direction corresponding to a rotational moment generated in the gripping object when the manipulator comes into contact with the gripping object and suppresses recoil of the gripping object. .
In order to suppress the recoil of the gripping object, the recoil suppression control unit causes the manipulator to approach the gripping object, and when the manipulator contacts the gripping object, the manipulator is generated in the gripping object. It is preferable to translate the object toward the object to be grasped while rotating it in the direction corresponding to the rotational moment.
Further, a recoil tracking control unit that predicts a recoil trajectory of the gripping object when the manipulator contacts the gripping object, operates the manipulator based on the predicted recoil trajectory, and tracks the gripping object. It can also be provided. Although it is possible to track a gripping object using a camera, image processing, or the like, there is a possibility that image processing or the like cannot catch up with the movement of the gripping object. Therefore, the recoil trajectory of the gripping object is predicted based on the contact force when the manipulator contacts the gripping object, the position, posture, movement, etc. of the gripping object, and the gripping object is tracked.
Furthermore, when the manipulator is moved by moving the manipulator while holding the gripping object with the manipulator, a trajectory is generated so that the moment acting on the satellite via the manipulator is minimized by the gripping object. A trajectory generation controller that operates the manipulator along the trajectory may be further provided. In this way, it is possible to move the grasped object in a trajectory that minimizes the moment acting on the satellite.

本発明は、先端部に把持対象物を把持可能な把持部を備えたマニピュレータと、マニピュレータを把持対象物に向けて接近させていき、マニピュレータが把持対象物に接触したとき、マニピュレータを把持対象物に生じる回転モーメントに応じた方向に回転させつつ、把持対象物に向けて並進させるマニピュレータ制御部と、を備えることを特徴とするマニピュレータ装置として捉えることもできる。
このようなマニピュレータ装置は、上記したような衛星に備えることができる。また、衛星に限らず(もちろん宇宙空間で使用するものに限らない)、様々な装置にこのマニピュレータ装置を備えることもできる。これにより、マニピュレータが把持対象物に接触したときに把持対象物が弾き飛ばされるのを抑止できる。
また、この場合も、マニピュレータ制御部は、マニピュレータが把持対象物に接触したときに把持対象物の反跳軌道を予測し、予測された反跳軌道に基づいてマニピュレータを動作させて、把持対象物を追尾させることもできる。
このような制御を行うにあたり、マニピュレータ制御部は、マニピュレータが把持対象物に接触したときの接触力と、マニピュレータの駆動トルク、関節角、関節角速度とに基づき、マニピュレータの動作を制御することができる。
The present invention relates to a manipulator having a gripping part capable of gripping a gripping target at the tip, and the manipulator approaching the gripping target and when the manipulator contacts the gripping target, the manipulator is And a manipulator control unit that translates the object toward the object to be grasped while rotating in a direction corresponding to the rotational moment generated in the device.
Such a manipulator device can be provided in a satellite as described above. The manipulator device can also be provided in various devices, not limited to satellites (of course, not limited to those used in outer space). Thereby, when a manipulator contacts a grasping subject, it can control that a grasping subject is flipped off.
Also in this case, the manipulator control unit predicts the recoil trajectory of the gripping object when the manipulator contacts the gripping object, and operates the manipulator based on the predicted recoil trajectory to Can also be tracked.
In performing such control, the manipulator control unit can control the operation of the manipulator based on the contact force when the manipulator contacts the object to be grasped, the driving torque, the joint angle, and the joint angular velocity of the manipulator. .

本発明は、衛星の制御方法、より詳しくは第一の衛星で第二の衛星を捕獲するための第一の衛星の制御方法として捉えることもできる。この方法は、第一の衛星に備えられたマニピュレータを第二の衛星に向けて動作させるステップと、マニピュレータが第二の衛星に接触したことを検出したとき、マニピュレータを、第二の衛星との接触によって第一の衛星に生じる回転モーメントと同一方向に回転させつつ、第二の衛星に向けて並進させるステップと、マニピュレータと第二の衛星の所定の部位が正対したとき、マニピュレータで第二の衛星の所定の部位を把持するステップと、を有することを特徴とする。
そして、マニピュレータを回転させつつ並進させるステップでは、マニピュレータが第二の衛星に接触したときに生じる接触力に応じ、マニピュレータの回転および並進動作を制御するのが好ましい。
また、マニピュレータを回転させつつ並進させるステップでは、バネ−ダンパー系の要素を含むコンプライアンス制御により、マニピュレータの回転および並進動作を制御することもできる。これにより、マニピュレータが第二の衛星に接触したときに第二の衛星が弾き飛ばされるのを抑制することができる。
さらに、この方法では、第一の衛星のマニピュレータで第二の衛星を把持した後、マニピュレータを動作させて第二の衛星を移動させるとき、第二の衛星によってマニピュレータを介し第一の衛星に作用するモーメントが最小となるような軌道で、第二の衛星を移動させることもできる。
The present invention can also be understood as a satellite control method, more specifically, a first satellite control method for capturing a second satellite by the first satellite. The method includes operating a manipulator provided in a first satellite toward a second satellite, and detecting that the manipulator contacts the second satellite, the manipulator is connected to the second satellite. Rotating in the same direction as the rotational moment generated in the first satellite by the contact, translating toward the second satellite, and when the manipulator and the predetermined part of the second satellite are facing each other, the manipulator And gripping a predetermined part of the satellite.
In the step of translating while rotating the manipulator, it is preferable to control the rotation and translation of the manipulator according to the contact force generated when the manipulator contacts the second satellite.
Further, in the step of translating while rotating the manipulator, the rotation and translation operation of the manipulator can be controlled by compliance control including a spring-damper system element. Thereby, it is possible to suppress the second satellite from being blown off when the manipulator comes into contact with the second satellite.
Further, in this method, when the second satellite is moved by operating the manipulator after holding the second satellite with the manipulator of the first satellite, the second satellite acts on the first satellite via the manipulator. It is also possible to move the second satellite in an orbit that minimizes the moment.

本発明は、第一の衛星のマニピュレータで第二の衛星を把持した状態で、第二の衛星を移動させるときの衛星の制御方法として捉えることもでき、この方法は、第二の衛星によってマニピュレータを介し第一の衛星に作用するモーメントが最小となるような軌道を生成するステップと、生成された軌道に沿ってマニピュレータを動作させることで、マニピュレータで把持した第二の衛星を移動させるステップと、を有することを特徴とすることができる。
第二の衛星を移動させるステップでは、第二の衛星を移動させる始点からマニピュレータを第一の衛星側に引き込んだ後、第二の衛星を移動させる終点に向けてマニピュレータを伸ばしていくことで、第一の衛星に作用するモーメントが最小となるような軌道を実現できる。
このような軌道を生成するステップでは、マニピュレータの引き込み量を複数段階に変化させて、第一の衛星に作用するモーメントが最小となる引き込み量を求めるのが好ましい。このように、引き込み量のみを変動パラメータとすることで、最適な軌道を短時間で容易に求めることができる。
The present invention can also be regarded as a satellite control method when moving the second satellite while the second satellite is held by the manipulator of the first satellite. Generating a trajectory that minimizes the moment acting on the first satellite via the step of moving the second satellite grasped by the manipulator by operating the manipulator along the generated trajectory; and , It can be characterized by having.
In the step of moving the second satellite, after pulling the manipulator from the start point to move the second satellite to the first satellite side, and extending the manipulator toward the end point to move the second satellite, It is possible to realize an orbit that minimizes the moment acting on the first satellite.
In the step of generating such an orbit, it is preferable to obtain the amount of pull-in that minimizes the moment acting on the first satellite by changing the amount of pull-in of the manipulator in a plurality of stages. In this way, the optimum trajectory can be easily obtained in a short time by using only the pull-in amount as the variation parameter.

本発明によれば、宇宙空間のような物理的な拘束力が弱い状態においても、把持対象物の反跳を抑制したり、追尾したりすることで、把持対象物を確実に捕獲・把持することが可能となる。
また、物理的な拘束力が弱い状態においてマニピュレータで把持した物体を移動させるとき、最小の消費エネルギーで姿勢制御を行うことが可能となる。
According to the present invention, even when the physical restraint force is weak, such as in outer space, the object to be grasped can be reliably captured and grasped by suppressing or tracking the recoil of the object to be grasped. It becomes possible.
In addition, when an object held by the manipulator is moved in a state where the physical restraining force is weak, posture control can be performed with minimum energy consumption.

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図1は、本実施の形態におけるレスキュー衛星(把持対象物、第二の衛星)100と、サービス衛星(衛星、第一の衛星)200のモデルの例を説明するための図である。
図1(a)に示すように、レスキュー衛星100は、その外周面にPAF等と称される、被把持部101を有している。
一方、図1(b)に示すように、サービス衛星200は、複数の関節を有したマニピュレータアーム(以下、単にアームと称する:マニピュレータ)201を有し、アーム201の先端部には、被把持部101を把持できるグリッパ202を備えている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of models of a rescue satellite (grasping object, second satellite) 100 and a service satellite (satellite, first satellite) 200 in the present embodiment.
As shown in FIG. 1A, the rescue satellite 100 has a gripped portion 101 called PAF or the like on the outer peripheral surface thereof.
On the other hand, as shown in FIG. 1B, the service satellite 200 has a manipulator arm 201 (hereinafter simply referred to as an arm: manipulator) 201 having a plurality of joints. A gripper 202 that can grip the portion 101 is provided.

図2は、サービス衛星200のアーム201を制御するための構成を示すブロック図である。
この図2に示すように、アーム201の関節部分を駆動するモータ203、204、205と、グリッパ202は、制御部(図2中では「PC」:マニピュレータ制御部)210によってその動作が制御されるようになっている。モータ203、204、205は、それぞれのドライバ206、207、208によってその駆動がコントロールされ、またエンコーダ209によってその動作量が検出されるようになっている。一方、グリッパ202は、グリッパコントローラ211によって、その開閉がコントロールされるようになっている。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration for controlling the arm 201 of the service satellite 200.
As shown in FIG. 2, the operations of the motors 203, 204, 205 and the gripper 202 that drive the joint portion of the arm 201 are controlled by a control unit (“PC”: manipulator control unit in FIG. 2) 210. It has become so. The motors 203, 204, and 205 are controlled by their respective drivers 206, 207, and 208, and their operation amounts are detected by an encoder 209. On the other hand, the opening and closing of the gripper 202 is controlled by the gripper controller 211.

制御部210では、アーム201に生じる力を検出する力センサ220の検出値と、サービス衛星200の角速度を検出するジャイロ221の検出値と、捕獲対象のレスキュー衛星100を撮像するカメラ222での像と、キーボード223から入力された指令とに基づき、予めインプットされたプログラムに基づき、アーム201のモータ203、204、205と、グリッパ202とを制御する。   In the control unit 210, the detection value of the force sensor 220 that detects the force generated in the arm 201, the detection value of the gyro 221 that detects the angular velocity of the service satellite 200, and the image of the camera 222 that images the rescue satellite 100 to be captured. And the motors 203, 204, and 205 of the arm 201 and the gripper 202 are controlled based on a program input in advance based on the command input from the keyboard 223.

具体的には、サービス衛星200では、レスキュー衛星100を捕獲する際、反跳抑制制御と、反跳追尾制御を実行する。
図3に示すように、反跳抑制制御とは、アーム201の先端に備えられたグリッパ202がレスキュー衛星100の被把持部101に(斜めから)接触するとき、グリッパ202が被把持部101に正面から馴染むような軌道で移動させるものである。詳しくは、図3(a)に示すように、グリッパ202が被把持部101に斜めから接触すると、グリッパ202は被把持部101との接触部分から接触力Rを受け、この接触力Rによって、回転モーメントM1が発生する。そこで、この回転モーメントM1と同一方向に反跳抑制軌道を生成し、これに沿ってグリッパ202を動作させるのである。
図3(b)、(c)に示すように、反跳抑制軌道により、グリッパ202は、回転モーメントM1と同一方向に回転する動作A1と、被把持部101に向けて並進する動作A2とを並行して行い、これによって、図3(d)に示すように、やがてグリッパ202と被把持部101が正対した状態となり、面で接触し、回転モーメントM1が発生しない状態となる。この状態で、グリッパ202を閉じ、被把持部101を把持することで、レスキュー衛星100を捕獲するのである。
Specifically, the service satellite 200 executes recoil suppression control and recoil tracking control when capturing the rescue satellite 100.
As shown in FIG. 3, the recoil suppression control means that when the gripper 202 provided at the tip of the arm 201 contacts the gripped portion 101 of the rescue satellite 100 (from an oblique direction), the gripper 202 touches the gripped portion 101. It is moved in a trajectory that fits in from the front. Specifically, as shown in FIG. 3A, when the gripper 202 comes into contact with the gripped portion 101 from an oblique direction, the gripper 202 receives a contact force R from a contact portion with the gripped portion 101, and the contact force R A rotational moment M1 is generated. Therefore, a recoil suppression trajectory is generated in the same direction as the rotational moment M1, and the gripper 202 is operated along this.
As shown in FIGS. 3B and 3C, the gripper 202 performs an operation A <b> 1 that rotates in the same direction as the rotational moment M <b> 1 and an operation A <b> 2 that translates toward the gripped portion 101 by the recoil suppression orbit. As shown in FIG. 3 (d), the gripper 202 and the gripped portion 101 eventually face each other and come into contact with each other and no rotational moment M1 is generated. In this state, the rescue satellite 100 is captured by closing the gripper 202 and gripping the gripped portion 101.

一方、反跳追尾制御は、図4に示すように、グリッパ202との接触力Rによってレスキュー衛星100の中心に作用する外力P(回転モーメントを含む)を推定することにより、レスキュー衛星100の動きを推定し、これを追いかけるようにアーム201およびグリッパ202を動作させるのである。   On the other hand, in the recoil tracking control, as shown in FIG. 4, the movement of the rescue satellite 100 is estimated by estimating the external force P (including the rotational moment) acting on the center of the rescue satellite 100 by the contact force R with the gripper 202. The arm 201 and the gripper 202 are operated so as to follow this.

図5は、このような反跳抑制制御、反跳追尾制御を行うための、制御部210における制御システムの構成を示すブロック図である。
ここで、制御部210における制御システムは、アーム201の動作制御を行うアーム動作制御ブロック(マニピュレータ制御部)230と、反跳抑制制御、反跳追尾制御を行うための処理を行う反跳制御処理ブロック(反跳抑制制御部、反跳追尾制御部、軌道生成制御部)240と、を備えている。
アーム201は、通常(レスキュー衛星100に接触していない状態)では、所定のプログラムによって作成されたアーム先端目標軌道に基づき、目標位置T(レスキュー衛星100の被把持部101)に向けて、グリッパ202が接近するように動作する。このとき、エンコーダ209での検出値によって、アーム201の各軸の角度が検出され、これに基づいてアーム201の先端位置が把握される。これに基づき、アーム動作制御ブロック230において、位置比例制御、逆ヤコビ行列、角度比例制御等といった所定のアーム制御処理を行うことでアーム201の各軸の目標角速度が算出され、ドライバ206、207、208に対して伝達される。すると、ドライバ206、207、208は、伝達された目標角速度に応じ、アーム201の各軸のモータ203、204、205を駆動し、これによって、アーム201が、作成されたアーム先端目標軌道に沿って動作するようになっている。
このとき、カメラ222で撮影した像をコントローラ224(図1参照)で画像処理することで機能する視覚センサ226によって、目標となるレスキュー衛星100の被把持部101の位置を認識し、これに基づいて、アーム201の先端の目標位置Tを補正する。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a control system in the control unit 210 for performing such recoil suppression control and recoil tracking control.
Here, the control system in the control unit 210 includes an arm operation control block (manipulator control unit) 230 that controls the operation of the arm 201, and a recoil control process that performs processing for performing recoil suppression control and recoil tracking control. A block (recoil suppression control unit, recoil tracking control unit, orbit generation control unit) 240.
The arm 201 is normally (not in contact with the rescue satellite 100), based on the arm tip target trajectory created by a predetermined program, toward the target position T (the gripped portion 101 of the rescue satellite 100). 202 operates to approach. At this time, the angle of each axis of the arm 201 is detected based on the detection value of the encoder 209, and the tip position of the arm 201 is grasped based on this. Based on this, the arm operation control block 230 performs predetermined arm control processing such as position proportional control, inverse Jacobian matrix, angle proportional control, etc., to calculate the target angular velocity of each axis of the arm 201, and the drivers 206, 207, 208 is transmitted. Then, the drivers 206, 207, and 208 drive the motors 203, 204, and 205 of the respective axes of the arm 201 according to the transmitted target angular velocity, whereby the arm 201 is moved along the created arm tip target trajectory. Is supposed to work.
At this time, the position of the gripped portion 101 of the rescue satellite 100 as a target is recognized by the visual sensor 226 that functions by processing the image captured by the camera 222 with the controller 224 (see FIG. 1). Thus, the target position T at the tip of the arm 201 is corrected.

サービス衛星200がレスキュー衛星100に接触すると、レスキュー衛星100から接触力を受ける。力センサ220で検出されたアーム201に生じる力、およびジャイロ221で検出されたサービス衛星200の角速度によって、サービス衛星200がレスキュー衛星100に接触したことを検出すると、制御切替スイッチ250が切り替わり、反跳制御処理ブロック240が機能する。反跳制御処理ブロック240では、力センサ220でのアーム201に生じる力の検出値、およびジャイロ221でのサービス衛星200の角速度の検出値に基づき、上記したような反跳抑制制御、反跳追尾制御を行う。   When the service satellite 200 comes into contact with the rescue satellite 100, it receives contact force from the rescue satellite 100. When it is detected that the service satellite 200 is in contact with the rescue satellite 100 based on the force generated in the arm 201 detected by the force sensor 220 and the angular velocity of the service satellite 200 detected by the gyro 221, the control changeover switch 250 is switched, The jump control processing block 240 functions. In the recoil control processing block 240, based on the detected value of the force generated in the arm 201 by the force sensor 220 and the detected value of the angular velocity of the service satellite 200 by the gyro 221, the recoil suppression control and the recoil tracking described above are performed. Take control.

図6は、反跳制御処理ブロック240における反跳抑制制御、反跳追尾制御を行うための機能構成を示すブロック図である。
この図6に示すように、反跳制御処理ブロック240では、エンコーダ209で検出するアーム201の角度α、力センサ220で検出するグリッパ202(以下、これを手先と適宜称することがある。)で受ける応力(接触力)、アーム動作制御ブロック230で算出されるアーム201の各軸の目標角速度αrd、ジャイロ221で検出されるサービス衛星200の回転角速度wsおよび回転角度thsを入力とし、コンプライアンス制御ブロック241で所定のコンプライアンス制御を行うことで、反跳抑制制御を行う。
FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration for performing recoil suppression control and recoil tracking control in the recoil control processing block 240.
As shown in FIG. 6, in the recoil control processing block 240, the angle α of the arm 201 detected by the encoder 209 and the gripper 202 detected by the force sensor 220 (hereinafter may be appropriately referred to as a hand). The compliance control block receives the stress (contact force) received, the target angular velocity αrd of each axis of the arm 201 calculated by the arm operation control block 230, the rotational angular velocity ws and the rotational angle ths of the service satellite 200 detected by the gyro 221. By performing predetermined compliance control in 241, recoil suppression control is performed.

コンプライアンス制御ブロック241では、力センサ220でアーム201に生じる接触力Feaeを検出すると、受けた力の方向にアーム201を自動的に変位させ、なじませるためのアーム手先目標位置姿勢con_targetを次式により算出する。   In the compliance control block 241, when the force sensor 220 detects the contact force Feae generated in the arm 201, the arm hand target position / posture con_target for automatically displacing and adapting the arm 201 in the direction of the received force is expressed by the following equation: calculate.

Figure 2005205551
Figure 2005205551

ここで、Kはマスバネダンパ系のバネ、Cはダンパ要素を示す。コンプライアンス制御の適用により、アーム201は手先と接触点の間にC、K相当のバネダンパがあるかのようにふるまう。パラメータ設定の指針としては,接触時のレスキュー衛星100の運動エネルギーを奪うようにすること、強い衝撃を与えずにゆっくりとなじませることを考慮し、Kはなるべく小さくしてCを主体に調整するのが好ましい。   Here, K is a mass spring damper spring, and C is a damper element. By applying compliance control, the arm 201 behaves as if there is a spring damper corresponding to C and K between the hand and the contact point. As a parameter setting guideline, K should be made as small as possible and adjusted with C as the main subject in consideration of taking away the kinetic energy of the rescue satellite 100 at the time of contact and slowly adapting without giving a strong impact. Is preferred.

このようにして、反跳制御処理ブロック240では、コンプライアンス制御ブロック241により、レスキュー衛星100との接触により受けた力の方向にアーム201を自動的に変位させ、なじませるためのアーム手先目標位置姿勢con_targetを求めることで反跳抑制制御を行う。
そして、接触力Feaeが小さくなるに従い、アーム201の変位量も小さくなり、最終的に接触力Feaeがゼロとなった時点で、アーム201の変位もゼロとなり、これによってアーム201の先端のグリッパ202とレスキュー衛星100の被把持部101とが正対して静止した状態となるので、この状態でグリッパ202を作動させることで、レスキュー衛星100を把持できる。
In this manner, in the recoil control processing block 240, the arm hand target position / posture for automatically displacing and adapting the arm 201 in the direction of the force received by the contact with the rescue satellite 100 by the compliance control block 241. Recoil suppression control is performed by obtaining con_target.
Then, as the contact force Feae decreases, the displacement amount of the arm 201 also decreases, and when the contact force Feae finally becomes zero, the displacement of the arm 201 also becomes zero, thereby the gripper 202 at the tip of the arm 201. Since the gripped portion 101 of the rescue satellite 100 faces and is stationary, the rescue satellite 100 can be gripped by operating the gripper 202 in this state.

ところで、コンプライアンス制御で入力とする接触力Feaeにはセンサノイズ等の誤差要因が多く含まれている。また、なじませるべきアーム201の先端に対して力センサ220が離れたところに取り付けられている場合、コンプライアンス制御がうまく作用しない。このような問題の解消のため、カルマンフィルタ242により接触力Feaeを推定し、推定結果をコンプライアンス制御の入力とすることもできる。カルマンフィルタ242の推定式を以下に示す。   Incidentally, the contact force Feae that is input in the compliance control includes many error factors such as sensor noise. In addition, when the force sensor 220 is attached to the tip of the arm 201 to be adapted, the compliance control does not work well. In order to solve such a problem, the contact force Feae can be estimated by the Kalman filter 242, and the estimation result can be used as an input for compliance control. The estimation formula of the Kalman filter 242 is shown below.

Figure 2005205551
Figure 2005205551

ここで、入力uとしては、ここでは、接触力Feaeと、アーム角度目標値と角速度目標値から求めた駆動トルクを用いるようにしたが、これに代えて、接触力Feaeとアーム201の駆動トルクを定義しても良い。
これにより、カルマンフィルタ242により接触力Feaeを推定し、これに基づいてサービス衛星200の位置姿勢を推定することもできる。そして、これに基づき、アーム201の先端の目標位置Tを補正することができる。
Here, the input u s, here, the contact force Feae, was to use a driving torque obtained from the arm angle target value and the angular velocity target value, instead of this, the driving of the contact force Feae the arm 201 Torque may be defined.
Accordingly, the contact force Feae can be estimated by the Kalman filter 242 and the position and orientation of the service satellite 200 can be estimated based on the contact force Feae. Based on this, the target position T at the tip of the arm 201 can be corrected.

さて、制御部210では、レスキュー衛星100を追尾するために、視覚センサ226を用いている。視覚センサ226が正確にレスキュー衛星100の動きを計測可能であれば問題ないが、精度要求が厳しくなるほどサンプリング周期も遅くなる。さらに接触時(接近時)にはカメラ222での撮像視野も狭くなる(カメラ222自体の撮像視野角度は固定であるが、撮像された像においてレスキュー衛星100が相対的に大きくなるため、撮像視野(範囲)が狭くなる)。このため、レスキュー衛星100の被把持部101にサービス衛星200のアーム201が接触し、双方の間に接触力が発生した後では、レスキュー衛星100の動きの計測処理が追いつかなかったり、レスキュー衛星100の被把持部101がカメラ222での撮影レンジ外になったりして、計測不能、つまりレスキュー衛星100を追尾できなくなることも考えられ、視覚センサ226の情報だけでレスキュー衛星100を追尾するのは困難である。
そこで、反跳制御処理ブロック240では、アーム201がレスキュー衛星100に接触した際に弾かれるレスキュー衛星100の動きを、力センサ220の検出値からカルマンフィルタ243により推定し、反跳追尾制御を行うことができる。これには、グリッパ202との接触力Rによってレスキュー衛星100の中心に作用する外力Pを推定することにより、レスキュー衛星100の動きを推定する。このときにカルマンフィルタ243において用いる推定式を〔数3〕に示す。
The control unit 210 uses a visual sensor 226 to track the rescue satellite 100. There is no problem as long as the visual sensor 226 can accurately measure the movement of the rescue satellite 100, but as the accuracy requirement becomes more severe, the sampling period becomes slower. Furthermore, the imaging field of view of the camera 222 is narrowed when touching (approaching) (although the imaging field angle of the camera 222 itself is fixed, the rescue satellite 100 becomes relatively large in the captured image, and thus the imaging field of view) (Range) becomes narrow). For this reason, after the arm 201 of the service satellite 200 comes into contact with the gripped portion 101 of the rescue satellite 100 and a contact force is generated between them, the movement measurement process of the rescue satellite 100 cannot catch up, or the rescue satellite 100 It is conceivable that the gripped part 101 is out of the imaging range of the camera 222 and cannot be measured, that is, the rescue satellite 100 cannot be tracked, and the rescue satellite 100 is tracked only by the information of the visual sensor 226. Have difficulty.
Therefore, in the recoil control processing block 240, the motion of the rescue satellite 100 that is bounced when the arm 201 contacts the rescue satellite 100 is estimated by the Kalman filter 243 from the detection value of the force sensor 220, and the recoil tracking control is performed. Can do. For this purpose, the movement of the rescue satellite 100 is estimated by estimating the external force P acting on the center of the rescue satellite 100 by the contact force R with the gripper 202. An estimation formula used in the Kalman filter 243 at this time is shown in [Expression 3].

Figure 2005205551
Figure 2005205551

このようにして、カルマンフィルタ243により、レスキュー衛星100の動きを力センサ220の検出値から推定し、視覚センサ226の情報(補正量)をさらに補正してアーム201の手先の目標値han_targetを算出し、これに基づいてアーム201を動作させることで、レスキュー衛星100を追尾することができるのである。   Thus, the Kalman filter 243 estimates the motion of the rescue satellite 100 from the detection value of the force sensor 220, and further corrects the information (correction amount) of the visual sensor 226 to calculate the target value han_target of the hand of the arm 201. By operating the arm 201 based on this, the rescue satellite 100 can be tracked.

上記のように、反跳制御処理ブロック240から出力される補正値を加味し、アーム201の先端の目標位置Tを補正しながら、アーム201を動作させることで、レスキュー衛星100の被把持部101が弾き飛ばされることなく、グリッパ202で確実に把持・捕獲することができるのである。   As described above, by taking into account the correction value output from the recoil control processing block 240 and correcting the target position T at the tip of the arm 201, the arm 201 is operated, whereby the gripped portion 101 of the rescue satellite 100 is operated. Therefore, the gripper 202 can surely hold and capture without being blown off.

ところで、通常、視覚センサ226では、レスキュー衛星100を撮像し、得られた画像を画像処理することで、被把持部101の位置等を認識しているが、例えば、図7(a)に示すように、レスキュー衛星100にLEDや突起等の目標物102を設け、この目標物102を視覚センサ226で認識することもできる。この場合、目標物102は少なくとも2個一対で形成されていれば、図7(b)に示すように、視覚センサ226で、目標物102に対する角度、距離等を認識できる。このような構成を採用できる場合、高解像度での画像処理が必要な場合に比較し、視覚センサ226を遥かに低コストなもので済ますことが可能となる。   By the way, the visual sensor 226 normally recognizes the position and the like of the gripped portion 101 by imaging the rescue satellite 100 and processing the obtained image. For example, as shown in FIG. As described above, the rescue satellite 100 may be provided with a target 102 such as an LED or a protrusion, and the target 102 may be recognized by the visual sensor 226. In this case, if at least two targets 102 are formed as a pair, the visual sensor 226 can recognize an angle, a distance, and the like with respect to the target 102 as shown in FIG. When such a configuration can be adopted, the visual sensor 226 can be manufactured at a much lower cost than when high-resolution image processing is required.

さて、上記のようにして、反跳追尾制御・反跳抑制制御を行うことによって、サービス衛星200でレスキュー衛星100を捕獲した後、アーム201を動作させてレスキュー衛星100を移動させることがある。この場合、拘束力の少ない宇宙空間では、アーム201の動作がレスキュー衛星100、サービス衛星200の姿勢に大きな影響を及ぼす。
図8に示すように、位置(1)から位置(2)に把持したレスキュー衛星100を移動させる場合、図8(a)に示すように最短距離となるように直線的に移動させたのでは、アーム201の先端にある物体を振ることになり、サービス衛星200に過大なモーメントが発生し、姿勢変化が生じてしまう。
これに対し、本実施の形態のサービス衛星200では、位置(1)から位置(2)にレスキュー衛星100を移動させるに際し、図8(b)に示すように、移動途中でアーム201を縮めてレスキュー衛星100をアーム201の根元側に引き寄せるような軌道でレスキュー衛星100を移動させることで、サービス衛星200に生じるモーメントを小さくするのである。
このため、制御部210においては、図9に示すように、レスキュー衛星100の初期位置(1)から目標位置(2)までの軌道を、平面状において例えば2次曲線状となるようにした。そして、アーム201の先端部の移動速度は定格速度とし、また変曲点(3)におけるアーム201の先端部の速度を固定したものとし、制御部210では、レスキュー衛星100の引き込み距離Lのみを変化させて複数の軌道を生成する。そして、これら複数の軌道について、それぞれ、消費エネルギー、つまりアーム201を動作させてレスキュー衛星100を移動させることで発生するモーメント(これを姿勢制御モーメントと称する)を算出する。その結果、姿勢制御モーメントが最小となる軌道を、レスキュー衛星100を移動させるためのアーム201の軌道とするのである。
By performing recoil tracking control / recoil suppression control as described above, after the rescue satellite 100 is captured by the service satellite 200, the rescue satellite 100 may be moved by operating the arm 201. In this case, the movement of the arm 201 greatly affects the attitudes of the rescue satellite 100 and the service satellite 200 in the outer space with less binding force.
As shown in FIG. 8, when the rescue satellite 100 held from position (1) to position (2) is moved, it is not moved linearly so as to have the shortest distance as shown in FIG. 8 (a). As a result, the object at the tip of the arm 201 is shaken, an excessive moment is generated in the service satellite 200, and the attitude is changed.
On the other hand, in the service satellite 200 of the present embodiment, when the rescue satellite 100 is moved from the position (1) to the position (2), the arm 201 is contracted during the movement as shown in FIG. By moving the rescue satellite 100 in an orbit that pulls the rescue satellite 100 toward the base side of the arm 201, the moment generated in the service satellite 200 is reduced.
For this reason, in the control unit 210, as shown in FIG. 9, the orbit from the initial position (1) to the target position (2) of the rescue satellite 100 is made to be, for example, a quadratic curve. The moving speed of the tip of the arm 201 is the rated speed, and the speed of the tip of the arm 201 at the inflection point (3) is fixed. In the control unit 210, only the retracting distance L of the rescue satellite 100 is obtained. Change to generate multiple trajectories. Then, for each of these orbits, energy consumption, that is, a moment generated by moving the rescue satellite 100 by operating the arm 201 (this is referred to as an attitude control moment) is calculated. As a result, the trajectory with the minimum attitude control moment is set as the trajectory of the arm 201 for moving the rescue satellite 100.

図10は、このように、引き込み距離Lのみを変化させた場合の姿勢制御モーメントの比較結果の例を示すものである。この図10の結果の場合、引き込み距離Lを30cmとすると、姿勢制御モーメントが最も小さくなっている。   FIG. 10 shows an example of the comparison result of the attitude control moment when only the pull-in distance L is changed as described above. In the case of the result of FIG. 10, when the pull-in distance L is 30 cm, the attitude control moment is the smallest.

このようにして求めた、姿勢制御モーメントが最小となる軌道を、レスキュー衛星100を移動させるためのアーム201の軌道とし、制御部210でアーム201の動作を制御することで、消費エネルギーを最小とすることができるのである。
このような手法は、非ホロノミック制御手法等に比較して計算処理が簡易であり、時間もかからないという大きなメリットがある。
The trajectory with the minimum attitude control moment obtained in this way is set as the trajectory of the arm 201 for moving the rescue satellite 100, and the control unit 210 controls the operation of the arm 201, thereby minimizing the energy consumption. It can be done.
Such a method has a great merit that the calculation process is simpler than the nonholonomic control method and the like and does not take time.

また、上記実施の形態では、力センサ220で検出される接触力Feaeによってアーム201が受ける負荷を検出するようにしたが、アーム201の各関節のモータ203、204、205を駆動する駆動電流値から、アーム201の先端部に作用する負荷を推定することもできる。この場合、宇宙の厳しい環境で使用可能な力センサ220を調査選定する必要がなくなり、また駆動電流値とアーム201の駆動トルクはほぼ比例関係にあるため、複雑な信号処理が不要になる、という利点がある。
さらに、力センサ220を用いず、アーム201の各関節の角速度から、アーム201の先端部に作用する負荷を推定することもできる。この構成は、上記駆動電流値のノイズが大きく、アーム201先端部の負荷が高精度に推定できない場合に有効である。また、駆動電流値や、関節角速度による推定値を、力センサ220での検出値を検証するために用いることも可能である。
In the above embodiment, the load received by the arm 201 by the contact force Feae detected by the force sensor 220 is detected. However, the drive current value for driving the motors 203, 204, and 205 of each joint of the arm 201 is detected. From this, it is possible to estimate the load acting on the tip of the arm 201. In this case, it is not necessary to investigate and select a force sensor 220 that can be used in a severe space environment, and the driving current value and the driving torque of the arm 201 are in a substantially proportional relationship, so that complicated signal processing is unnecessary. There are advantages.
Further, the load acting on the tip of the arm 201 can be estimated from the angular velocity of each joint of the arm 201 without using the force sensor 220. This configuration is effective when the noise of the drive current value is large and the load at the tip of the arm 201 cannot be estimated with high accuracy. Further, it is also possible to use the drive current value or the estimated value based on the joint angular velocity in order to verify the detection value of the force sensor 220.

なお、上記実施の形態では、反跳抑制、反跳追尾を行うため、図6に示したような、コンプライアンス制御、カルマンフィルタを用いた手法を用いたが、これに限るものではなく、適宜他の手法を用いることも可能である。
また、レスキュー衛星100やサービス衛星200自体の構成については何ら限定する意図はなく、被把持部101やアーム201、グリッパ202等についても、適宜他の構成に変更することが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
In the above embodiment, in order to perform recoil suppression and recoil tracking, a method using compliance control and a Kalman filter as shown in FIG. 6 is used. It is also possible to use a technique.
Further, there is no intention to limit the configuration of the rescue satellite 100 or the service satellite 200 itself, and the gripped portion 101, the arm 201, the gripper 202, and the like can be appropriately changed to other configurations.
In addition to this, as long as it does not depart from the gist of the present invention, the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.

本実施の形態におけるレスキュー衛星、サービス衛星の概略的な構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the rescue satellite and service satellite in this Embodiment. サービス衛星のマニピュレータアームを制御するための構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure for controlling the manipulator arm of a service satellite. 反跳抑制制御によるアームの動作を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement of the arm by recoil suppression control. 反跳追尾制御を行うために推定が必要な、レスキュー衛星に生じている外力を示すための図である。It is a figure for showing the external force which has arisen in the rescue satellite which needs estimation for performing recoil tracking control. アームの動作制御、反跳抑制制御、反跳追尾制御を行うための構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure for performing operation | movement control of an arm, recoil suppression control, and recoil tracking control. アームの反跳抑制制御、反跳追尾制御を行うための構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure for performing the recoil suppression control and the recoil tracking control of an arm. レスキュー衛星の被把持部を把持する際に、レスキュー衛星の位置・姿勢を認識するための目標物の例である。It is an example of the target for recognizing the position and attitude | position of a rescue satellite, when holding the to-be-held part of a rescue satellite. レスキュー衛星を把持したままアームを移動させる状態を示す図であり、(a)は直線的にレスキュー衛星を移動させる場合の例、(b)は、消費エネルギーを最小とする場合のレスキュー衛星の軌道を示す図である。It is a figure which shows the state which moves an arm, holding a rescue satellite, (a) is an example in the case of moving a rescue satellite linearly, (b) is the orbit of a rescue satellite in the case of minimizing energy consumption FIG. 姿勢制御モーメントを最小とするための、2次曲線状の軌道の例である。It is an example of the trajectory of a quadratic curve for minimizing the attitude control moment. 引き込み量を変化させたときの姿勢制御モーメントの違いを示す図である。It is a figure which shows the difference in the attitude | position control moment when changing the amount of drawing.

符号の説明Explanation of symbols

100…レスキュー衛星(把持対象物、第二の衛星)、101…被把持部、200…サービス衛星(衛星、第一の衛星)、201…アーム(マニピュレータ)、202…グリッパ、209…エンコーダ、210…制御部(マニピュレータ制御部)、211…グリッパコントローラ、220…力センサ、226…視覚センサ、230…アーム動作制御ブロック(マニピュレータ制御部)、240…反跳制御処理ブロック(反跳抑制制御部、反跳追尾制御部、軌道生成制御部)、241…コンプライアンス制御ブロック、242…カルマンフィルタ、243…カルマンフィルタ、250…制御切替スイッチ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Rescue satellite (grasping object, 2nd satellite), 101 ... Grasped part, 200 ... Service satellite (satellite, 1st satellite), 201 ... Arm (manipulator), 202 ... Gripper, 209 ... Encoder, 210 ... Control unit (manipulator control unit) 211 ... Gripper controller, 220 ... Force sensor, 226 ... Visual sensor, 230 ... Arm operation control block (manipulator control unit), 240 ... Recoil control processing block (recoil suppression control unit, Recoil tracking control unit, trajectory generation control unit), 241 ... compliance control block, 242 ... Kalman filter, 243 ... Kalman filter, 250 ... control changeover switch

Claims (13)

把持対象物を把持可能なマニピュレータを備えた衛星であって、
前記マニピュレータを前記把持対象物に向けての軌道に沿って動作させるマニピュレータ制御部と、
前記マニピュレータが前記把持対象物に接触したときに当該把持対象物に生じる回転モーメントに応じた方向に前記マニピュレータを変位させ、前記把持対象物の反跳を抑制する反跳抑制制御部と、
を備えることを特徴とする衛星。
A satellite equipped with a manipulator capable of gripping a gripping object,
A manipulator control unit that moves the manipulator along a trajectory toward the grasped object;
A recoil suppression control unit that displaces the manipulator in a direction according to a rotational moment generated in the gripping object when the manipulator contacts the gripping object, and suppresses recoil of the gripping object;
A satellite characterized by comprising:
前記マニピュレータが前記把持対象物に接触したときに当該把持対象物の反跳軌道を予測し、予測された前記反跳軌道に基づいて前記マニピュレータを動作させて、前記把持対象物を追尾させる反跳追尾制御部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の衛星。   A recoil that predicts a recoil trajectory of the gripping object when the manipulator contacts the gripping object, and operates the manipulator based on the predicted recoil trajectory to track the gripping object. The satellite according to claim 1, further comprising a tracking control unit. 前記マニピュレータで前記把持対象物を把持した状態で前記マニピュレータを動作させて前記把持対象物を移動させるとき、前記把持対象物によって前記マニピュレータを介して前記衛星に作用するモーメントが最小となるような軌道を生成し、生成された前記軌道に沿って前記マニピュレータ制御部で前記マニピュレータを動作させる軌道生成制御部をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の衛星。   A trajectory that minimizes the moment applied to the satellite via the manipulator by the gripping object when the gripping target is moved by operating the manipulator while the gripping object is gripped by the manipulator. The satellite according to claim 1, further comprising: a trajectory generation control unit that causes the manipulator control unit to operate the manipulator along the generated trajectory. 先端部に把持対象物を把持可能な把持部を備えたマニピュレータと、
前記マニピュレータを前記把持対象物に向けて接近させていき、前記マニピュレータが前記把持対象物に接触したとき、前記マニピュレータを前記把持対象物に生じる回転モーメントに応じた方向に回転させつつ、前記把持対象物に向けて並進させるマニピュレータ制御部と、
を備えることを特徴とするマニピュレータ装置。
A manipulator having a gripping part capable of gripping a gripping object at the tip part;
The manipulator is moved toward the gripping object, and when the manipulator comes into contact with the gripping object, the manipulator is rotated in a direction according to a rotational moment generated in the gripping object, and the gripping target is A manipulator controller that translates the object,
A manipulator device comprising:
前記マニピュレータ制御部は、前記マニピュレータが前記把持対象物に接触したときに当該把持対象物の反跳軌道を予測し、予測された前記反跳軌道に基づいて前記マニピュレータを動作させて、前記把持対象物を追尾させることを特徴とする請求項4に記載のマニピュレータ装置。   The manipulator control unit predicts a recoil trajectory of the gripping object when the manipulator comes into contact with the gripping object, operates the manipulator based on the predicted recoil trajectory, and The manipulator device according to claim 4, wherein an object is tracked. 前記マニピュレータ制御部は、前記マニピュレータが前記把持対象物に接触したときの接触力と、前記マニピュレータの駆動トルク、関節角、関節角速度とに基づき、前記マニピュレータの動作を制御することを特徴とする請求項4または5に記載のマニピュレータ装置。   The manipulator control unit controls the operation of the manipulator based on a contact force when the manipulator contacts the grasped object, a driving torque, a joint angle, and a joint angular velocity of the manipulator. Item 6. The manipulator device according to Item 4 or 5. 第一の衛星で第二の衛星を捕獲するための前記第一の衛星の制御方法であって、
前記第一の衛星に備えられたマニピュレータを前記第二の衛星に向けて動作させるステップと、
前記マニピュレータが前記第二の衛星に接触したことを検出したとき、前記マニピュレータを、前記第二の衛星との接触によって前記第一の衛星に生じる回転モーメントと同一方向に回転させつつ、前記第二の衛星に向けて並進させるステップと、
前記マニピュレータと前記第二の衛星の所定の部位が正対したとき、前記マニピュレータで前記第二の衛星の前記所定の部位を把持するステップと、
を有することを特徴とする衛星の制御方法。
A method of controlling the first satellite for capturing a second satellite with a first satellite, comprising:
Operating the manipulator provided in the first satellite toward the second satellite;
When it is detected that the manipulator has contacted the second satellite, the second manipulator is rotated in the same direction as the rotational moment generated in the first satellite by contact with the second satellite. Translating to the next satellite,
Holding the predetermined part of the second satellite with the manipulator when the predetermined part of the manipulator and the second satellite face each other; and
A satellite control method characterized by comprising:
前記マニピュレータを回転させつつ並進させるステップでは、前記マニピュレータが前記第二の衛星に接触したときに生じる接触力に応じ、前記マニピュレータの回転および並進動作を制御することを特徴とする請求項7に記載の衛星の制御方法。   8. The step of translating while rotating the manipulator controls rotation and translation of the manipulator according to a contact force generated when the manipulator contacts the second satellite. Satellite control method. 前記マニピュレータを回転させつつ並進させるステップでは、バネ−ダンパー系の要素を含むコンプライアンス制御により、前記マニピュレータの回転および並進動作を制御することを特徴とする請求項7または8に記載の衛星の制御方法。   9. The satellite control method according to claim 7 or 8, wherein in the step of translating the manipulator while rotating, the rotation and translation of the manipulator are controlled by compliance control including a spring-damper system element. . 前記第一の衛星の前記マニピュレータで前記第二の衛星を把持した後、前記マニピュレータを動作させて前記第二の衛星を移動させるとき、前記第二の衛星によって前記マニピュレータを介し前記第一の衛星に作用するモーメントが最小となるような軌道で、前記第二の衛星を移動させることを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の衛星の制御方法。   When the second satellite is moved by operating the manipulator after the second satellite is held by the manipulator of the first satellite, the first satellite is moved by the second satellite via the manipulator. 10. The satellite control method according to claim 7, wherein the second satellite is moved in an orbit that minimizes a moment acting on the satellite. 11. 第一の衛星のマニピュレータで第二の衛星を把持した状態で、当該第二の衛星を移動させるときの制御方法であって、
前記第二の衛星によって前記マニピュレータを介し前記第一の衛星に作用するモーメントが最小となるような軌道を生成するステップと、
生成された前記軌道に沿って前記マニピュレータを動作させることで、当該マニピュレータで把持した前記第二の衛星を移動させるステップと、
を有することを特徴とする衛星の制御方法。
A control method for moving the second satellite while holding the second satellite with the manipulator of the first satellite,
Generating a trajectory that minimizes the moment acting on the first satellite via the manipulator by the second satellite;
Moving the second satellite gripped by the manipulator by operating the manipulator along the generated orbit; and
A satellite control method characterized by comprising:
前記第二の衛星を移動させるステップでは、前記第二の衛星を移動させる始点から前記マニピュレータを前記第一の衛星側に引き込んだ後、前記第二の衛星を移動させる終点に向けて前記マニピュレータを伸ばしていくことを特徴とする請求項11に記載の衛星の制御方法。   In the step of moving the second satellite, after pulling the manipulator from the starting point for moving the second satellite to the first satellite side, the manipulator is moved toward the end point for moving the second satellite. The satellite control method according to claim 11, wherein the satellite control method is extended. 前記軌道を生成するステップでは、前記マニピュレータの引き込み量を複数段階に変化させて、前記第一の衛星に作用するモーメントが最小となる引き込み量を求めることを特徴とする請求項12に記載の衛星の制御方法。   13. The satellite according to claim 12, wherein in the step of generating the orbit, the amount of pull-in of the manipulator is changed in a plurality of stages to obtain the amount of pull-in that minimizes the moment acting on the first satellite. Control method.
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