• Título:  PLANIFICACIÓN Y CONTROL DE TRAYECTORIAS EN ROBÓTICA ESPACIAL PARA TAREAS EXTRAVEHICULARES EN ÓRBITA Y SU APLICACIÓN A ROBOTS HUMANOIDES
• Autor:  Ramón Carretero, José Luis
• Universidad:  Universidad de Alicante
• Departamento:  Física, ingeniería de sistemas y teoría de la señal
• Fecha de Lectura:  14/09/2022
• Programa de doctorado:  Programa de Doctorado en Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías por la Universidad de Alicante
• Dirección: 
  • POMARES BAEZA, JORGE (DIRECTOR)
  • Felicetti, Leonard (CODIRECTOR)
• Tribunal: 
  • SABATER NAVARRO, JOSÉ MARÍA (PRESIDENTE)
  • GARCÍA GÓMEZ, GABRIEL JESÚS (SECRETARIO)
  • SEGURA MANZANO, FRANCISCA (VOCAL)
• Descriptores: 
  • ROBOTICA
  • SIMULACION
  • SISTEMAS DE CONTROL
• Fichero de tesis:
• http://hdl.handle.net/10045/129662
• Resumen:
  Introducción Actualmente la exploración espacial ha cambiado de objetivos. Hasta no hace mucho tiempo, el objetivo era la exploración del espacio, satélites, planetas, etc. Pero ahora hay objetivos más concretos, como son la construcción de estaciones espaciales privadas para alojar a futuros turistas y otros proyectos más ambiciosos y futuristas, como la de establecer colonias en satélites y planetas. También, se siguen planteando proyectos de investigación como el estudio del Sol a partir de sondas o telescopios; el estudio del espacio más profundo y sus orígenes; y otros estudios y aplicaciones como el reciclaje en el espacio, minería de asteroides, etc. En estas misiones actuales y futuras una de las claves será la utilización de robots Desarrollo teórico Para la implementación y simulación de los distintos algoritmos y controladores propuestos se ha implementado un framework basado en ROS denominado OnOrbitROS. Este entorno extiende las capacidades de ROS para permitir la simulación de sistemas robóticos espaciales en órbita. Tras definir y validar esta herramienta se han realizado distintas aportaciones tanto para la planificación como para el control de robots espaciales en órbita. Estas aportaciones se han aplicado tanto a sencillos manipuladores en libre flotación como a complejos robots humanoides guiados empleando realimentación sensorial procedente de cámaras y sensores de fuerza. Así, se ha propuesto un algoritmo de planificación para robots en órbita capaz de generar de forma automática los movimientos que ha de describir un robot para alcanzar un determinado objetivo. Este algoritmo, basado en optimización, definirá las trayectorias de las articulaciones o del efector final del robot. Tras proponer este algoritmo se ha trabajado en la propuesta de controladores con el propósito de realizar el seguimiento de las trayectorias definidas. Se han propuesto nuevos controladores con distintas propiedades, aplicaciones y características dinámicas cuyos resultados avalan su aplicación en robots de estas características. Cabe destacar, por ejemplo, la definición de controladores basados en optimización, controladores con realimentación visual y fuerza, controladores basados en velocidad, fuerza o aceleración, etc. Conclusión La investigación presentada a lo largo de esta Tesis se ha centrado en distintas aportaciones que permiten dotar de mayor precisión, flexibilidad y aplicabilidad a los sistemas robóticos en el espacio. Se ha trabajado en distintos ámbitos como es el diseño y control de robots humanoides, planificación de trayectorias, propuesta de nuevos controladores con distintas características dinámicas, optimización, etc., todo ello contrastado con simulaciones desarrolladas bajo un sistema de simulación basado en ROS cuya investigación, implementación y validación también forman parte de la Tesis Doctoral. Como trabajos futuros se plantea dotar de mayor libertad de movimientos al algoritmo generador de trayectorias y extender la funcionalidad de la librería de simulación aportando nuevas modelos de perturbaciones presentes en orbitas bajas, trayectorias no elípticas, etc. Bibliografía consultada Flores, A., Ma, O., Pham, K., & Ulrich, S. (2014). A review of space robotics technologies for on-orbit servicing. Progress in Aerospace Sciences. Elsevier Ltd. Dubowsky, S., & Papadopoulos, E. (1993). The kinematics, dynamics, and control of free-flying and free-floating space robotic systems. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 9(5), 531¿543. http://doi.org/10.1109/70.25804 Aghili, F. (2013). Pre- and post-grasping robot motion planning to capture and stabilize a tumbling/drifting free-floater with uncertain dynamics. In 2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation (pp. 5461¿5468). IEEE. http://doi.org/10.1109/ICRA.2013.6631360 Petit, A., Marchand, E., & Kanani, K. (2011). Vision-based space autonomous rendezvous: A case study. In 2011 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (pp. 619¿624). IEEE. http://doi.org/10.1109/IROS.2011.6094568 Petit, A., Marchand, E., & Kanani, K. (2012). Tracking complex targets for space rendezvous and debris removal applications. In 2012 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (pp. 4483¿4488). IEEE. http://doi.org/10.1109/IROS.2012.6386083 Pomares, J., Felicetti, L., Pérez, J., & Emami, M. R. (2018). Concurrent image-based visual servoing with adaptive zooming for non-cooperative rendezvous maneuvers. Advances in Space Research: The Official Journal of the Committee on Space Research (COSPAR), 61(3), 862-878. https://doi.org/10.1016/j.asr.2017.10.054 Pomares, J., Jara, C. A., Pérez, J., & Torres, F. (2015). Direct visual servoing framework based on optimal control for redundant joint structures. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 16(2), 267-274. https://doi.org/10.1007/s12541-015-0035-z Yu, F., He, Z., Qiao, B., & Yu, X. (2014). Stereo-Vision-Based Relative Pose Estimation for the Rendezvous and Docking of Noncooperative Satellites. Mathematical Problems in Engineering, 2014, 1¿12. http://doi.org/10.1155/2014/461283 Song, L., Li, Z., & Ma, X. (2014). Autonomous rendezvous and docking of an unknown tumbling space target with a monocular camera. In Proceedings of 2014 IEEE Chinese Guidance, Navigation and Control Conference (pp. 1008¿1013). IEEE. http://doi.org/10.1109/CGNCC.2014.7007346 Inaba, N., Oda, M., & Hayashi, M. (2003). Visual Servoing of Space Robot for Autonomous Satellite Capture. Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, 46(153), 173¿179. http://doi.org/10.2322/tjsass.46.173 Gans, N. R., Hu, G., & Dixon, W. E. (2008). Keeping Objects in the Field of View: An Underdetermined Task Function Approach to Visual Servoing. In 2008 IEEE International Symposium on Intelligent Control (pp. 432¿437). IEEE. http://doi.org/10.1109/ISIC.2008.463596 Hafez, A. H. A., Anurag, V. V., Shah, S. V., Krishna, K. M., & Jawahar, C. V. (2014). Reactionless visual servoing of a dual-arm space robot. In 2014 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) (pp. 4475¿4480). IEEE. http://doi.org/10.1109/ICRA.2014.6907512 Sabatini, M., Monti, R., Gasbarri, P., & Palmerini, G. (2013). Deployable space manipulator commanded by means of visual-based guidance and navigation. Acta Astronautica, 83, 27¿43. http://doi.org/10.1016/j.actaastro.2012.10.015 Jin, M., Yang, H., Xie, Z., Sun, K., & Liu, H. (2013). The ground-based verification system of visual servoing control for a space robot. In 2013 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (pp. 1566¿1570). IEEE. http://doi.org/10.1109/ICMA.2013.6618147 Shi, Y., Liang, B., Wang, X., Xu, W., & Liu, H. (2012). Modeling and simulation of space robot visual servoing for autonomous target capturing. In 2012 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (pp. 2275¿2280). IEEE. http://doi.org/10.1109/ICMA.2012.6285698 Yang, H., Jin, M., Xie, Z., Sun, K., & Liu, H. (2014). Ground verification of space robot capturing the free-floating target based on visual servoing control with time delay. Industrial Robot: An International Journal, 41(6), 543¿556. http://doi.org/10.1108/IR-05-2014-0339 Ma, G., Jiang, Z., Li, H., Gao, J., Yu, Z., Chen, X., ¿ Huang, Q. (2015). Hand-eye servo and impedance control for manipulator arm to capture target satellite safely. Robotica, 33(4), 848¿864. http://doi.org/10.1017/S0263574714000587