On-orbit close proximity operations involve robotic spacecraft maneuvering and making decisions for a growing number of mission scenarios demanding autonomy, including on-orbit assembly, repair, and astronaut assistance. Of these scenarios, on-orbit assembly is an enabling technology that will allow large space structures to be built in-situ, using smaller building block modules. However, robotic on-orbit assembly involves a number of technical hurdles such as changing system models. For instance, grappled modules moved by a free-flying "assembler" robot can cause significant shifts in system inertial properties, which has cascading impacts on motion planning and control portions of the autonomy stack. Further, on-orbit assembly and other scenarios require collision-avoiding motion planning, particularly when operating in a "construction site" scenario of multiple assembler robots and structures. These complicating factors, relevant to many autonomous microgravity robotics use cases, are tackled in the ReSWARM flight experiments as a set of tests on the International Space Station using NASA's Astrobee robots. RElative Satellite sWarming and Robotic Maneuvering, or ReSWARM, demonstrates multiple key technologies for close proximity operations and on-orbit assembly: (1) global long-horizon planning, accomplished using offline and online sampling-based planner options that consider the system dynamics; (2) on-orbit reconfiguration model learning, using the recently-proposed RATTLE information-aware planning framework; and (3) robust control tools to provide low-level control robustness using current system knowledge. These approaches are detailed individually and in an "on-orbit assembly scenario" of multi-waypoint tracking on-orbit. Additionally, detail is provided discussing the practicalities of hardware implementation and unique aspects of working with Astrobee in microgravity.


翻译:在轨组装是一种使能技术,使大型空间结构能够在原地建造,使用较小的建筑块模块;然而,在轨装配涉及若干技术障碍,如系统模型的变化等。例如,由自由飞行的“装配”机器人移动的操作模块,可造成系统惯性特性的重大变化,从而对自主的动态规划和控制部分产生影响。此外,在轨组装和其他假设中,需要碰撞保护运动规划,特别是在多个装配机机器人和结构的“建筑工地”假设中操作。这些复杂因素,与许多自主微重力机器人使用的案例有关,在ReSWARM飞行实验中处理,作为国际空间站使用美国航天局的“低振动机”机器人进行的一系列测试,对系统惯性弹性的惯性特性进行再演算,对自主堆装的动作和控制部分产生了影响。此外,在轨装组装和其他假设中,利用远程系统进行多重关键技术,用于近距离规划。

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