¿Se utilizan alguna vez brazos robóticos para el control de actitud en el espacio?

El movimiento de un brazo robótico montado en una nave espacial presenta un desafío interesante desde la perspectiva del control. Un brazo robótico, como Canadarm (transbordador espacial) y Canadarm2 (ISS), tiene una masa significativa en comparación con la nave espacial y, por lo tanto, su movimiento puede perturbar su actitud y su posición. En un mundo perfecto, uno tiene mucho propulsor para los propulsores de control de actitud para compensar el movimiento del brazo robótico. Sin embargo, el propulsor es escaso e incluso si es abundante, puede incidir en el propio brazo del robot o en la carga útil que está tratando de manipular.

Esto me hizo pensar... Si un brazo robótico puede causar la rotación/traslación de una nave espacial, teóricamente podría usarse como una especie de controlador de actitud. Esto conduciría a un problema de control dinámico mucho más complicado porque la posición final del efector final del robot está muy influenciada por la ruta tomada. No obstante, en teoría, esto podría funcionar si la masa del brazo del robot es significativa (por ejemplo, con una carga útil atrapada). Además, si el brazo robótico está alimentado principalmente por paneles solares, teóricamente podría usarse durante un período de tiempo más largo.

Al menos, todo esto es teoría. En la práctica, ¿los brazos robóticos de las naves espaciales se usan típicamente/alguna vez para el control de actitud, ya sea como parte de su misión de captura de carga útil o como un método no estándar de control de actitud? No me limito solo a la ISS o los transbordadores espaciales, y estoy abierto a cualquier brazo robótico en el espacio.

@JCRM: Tenía la sospecha de que mi estimación de su masa era un poco alta.
Se utilizan para el control de actitud (y posición) de las cargas útiles que manejan.
Muy pocas naves espaciales tienen brazos...

Respuestas (4)

En teoría, sí. En la práctica, no. El problema es el bloqueo del cardán , que es problemático incluso para los controles de actitud prácticos que dependen de masas en movimiento, como ruedas de reacción o giroscopios de control de momento. Gimbal Lock asomará su fea cabeza con un controlador de actitud de brazo robótico en muy poco tiempo.

¿Puedes elaborar? ¿Qué tiene un brazo robótico que hace que el bloqueo del cardán sea mucho peor?
@Paul: un brazo robótico real (por ejemplo, Canadarm) tiene puntos de parada. Mover los brazos más allá de esos puntos de parada puede provocar que los brazos golpeen la estructura (de ahí los puntos de parada). Esos peligros no existen si tu robot se llama Robby . En cambio, dicho robot puede agitar los brazos a voluntad mientras dice "¡Peligro, Will Robinson!" Pero esto es presumiblemente un brazo robótico real.
Los brazos también tienen muchas singularidades. Creo que 7 para el brazo lanzadera, más para el brazo grande. Sin embargo, lejos de mi material de referencia.
@DavidHammen con la extensa respuesta que ha dado aquí y en otros sitios, esta es la primera vez que realmente no entiendo lo que está diciendo. ¿Cómo evitarían los puntos de parada el bloqueo del cardán, si eso es lo que quieres decir? Estoy seguro de que aquí hay algo de información, pero hasta ahora me lo estoy perdiendo. ¡Gracias!

Un sí calificado.

Al menos se ha intentado.

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arriba: "Figura 8: Modelo de control de actitud del subsatélite hijo mediante la técnica de enlace de brazo (crédito de la imagen: Universidad de Kagawa)" de aquí .

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arriba: anotado para indicar el brazo robótico que puede ajustar la actitud del satélite orientado al nadir. "Figura 2: Representación artística de la misión de conexión STARS-2 después del despliegue (crédito de la imagen: Universidad de Kagawa)" de aquí .

En mi pregunta, ¿qué tan bien podría funcionar el método de control de actitud de tensión de atadura en última instancia para un sistema cubesat? Hablo de STARS-2 que fue lanzado y pretendía probar el uso de un brazo robótico para control de actitud. Sin embargo, creo que hubo algunos problemas y no todos los aspectos se probaron antes del reingreso. Consulte el resultado de rendimiento orbital inicial de Nano-Satellite STARS-II para obtener más información al respecto.

Hay una misión de seguimiento llamada STARS-C. Según el satélite en miniatura de Spaceflight101 desplegado desde la estación espacial para el experimento Orbital Tether , se desplegó en 2016, aunque hasta ahora no he encontrado más información, o si tiene un brazo articulado que sostiene la correa para ajustes de actitud.

Véase también La tecnología de ascensores espaciales de Japón de Tech-Times se pondrá a prueba pronto .

El calificador es que en este caso el brazo estaba unido a una cuerda que estaba unida a otro satélite. El par atado se usó en una configuración de estabilización de actitud de tipo gradiente de gravedad, y el brazo, que sostenía un extremo de la atadura, se usó para probar los ajustes finos de actitud que funcionan con el par atado.

Si bien las otras respuestas indican que, en general, no usaría un brazo robótico como un sistema completo de control de actitud, ciertamente para ajustes finos , además de otro sistema de control de actitud más robusto, podría hacerse con un brazo robótico con o sin atadura. .

Un ejemplo de un ajuste fino podría ser un poco de giro para mantener una nave espacial apuntando a un punto fijo en la Tierra durante una medición o exposición de unos pocos segundos, para cancelar el movimiento aparente de la superficie de ~7 km/s. Incluso puede haber ejemplos históricos de eso.

Sin embargo , su pregunta es si esto ya se ha hecho, y el único caso que conozco hasta ahora es STARS-2 y posiblemente STARS-C.

No.

En lugar de utilizar un brazo robótico complicado que ya tiene una tarea, se utilizan ruedas de reacción mucho más sencillas y económicas.

Si el brazo del robot ya estuviera allí por otras razones además del control de actitud, ¿ podría usarse también de esta manera, quizás para un control fino?

Un giroscopio de momento de control de velocidad variable (o VSCMG) proporciona un mecanismo algo similar al del brazo giratorio, mientras que también tiene una rueda de reacción al final. Está perfectamente explicado por el Dr. Schaub en este video de Coursera .

La ISS está equipada con dos VSCMG de este tipo, si no recuerdo mal.

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