Loading...
Search
| Friend's email | |
| Your name | |
| Your email | |
| enter code | |
This page was sent successfuly
Digital Object List
Bookmark
Review List
1292 viewed
مدل سازی دینامیک سیستم یک فضاپیما با بازوی رباتیک نرم
سلیمانی، مهشید Soleymani, Mahshid
- Type of Document: Ph.D. Dissertation
- Language: Farsi
- Document No: 58884 (45)
- University: Sharif University of Technology
- Department: Aerospace Engineering
- Advisor(s): Kiani, Maryam
- Abstract:
- Soft manipulators mounted on free-floating spacecraft exhibit highly nonlinear and coupled behaviors due to the strong dynamic interaction between the manipulator and the rigid base, which makes accurate modeling and controller design a challenging problem. These challenges become more pronounced with increasing degrees of freedom, continuous deformation of the manipulator, and the non-Euclidean nature of the configuration space. Consequently, the development of modeling and control frameworks that can systematically span from simplified models to fully three-dimensional descriptions of soft space manipulators is essential for practical applications in orbital environments. In this dissertation, a hierarchical approach to the modeling and control of a soft space manipulator is proposed, starting from simplified two-dimensional models with a constant-curvature assumption and extending to a fully three-dimensional continuous model based on Cosserat rod theory. First, a simplified model is employed to investigate the base dynamics and assess control feasibility. The framework is then extended by incorporating full spatial configuration variables to describe the three-dimensional behavior of the manipulator. In the final stage, the constant-curvature assumption is removed, and the problem is formulated in its general continuous form on a Lie group configuration space. The kinematic relations and dynamic partial differential equations are derived using the Euler–Poincaré formulation. For numerical analysis, the continuous model is discretized using the constant strain method, and the resulting discrete soft space manipulator model is validated through two independent approaches. Based on the developed models, control laws for trajectory tracking of the desired configuration variables are designed and evaluated. The results of this dissertation demonstrate that the proposed modeling frameworks and control methods are capable of accurately describing and effectively controlling soft manipulators attached to free-floating systems. These approaches not only enable a coherent transition from simplified models to complete continuous descriptions but also provide effective control performance in trajectory tracking tasks. Therefore, the outcomes of this research can serve as a reliable foundation for the development of soft space robotic systems in future missions involving orbital assembly, maintenance, and on-orbit interaction
- Keywords:
- Soft Robots ; Euler-Poincare Characteristic ; Lie Algebra ; Lie Groups ; Sliding Mode Control ; Cosserat Rod Model ; Space Robotics Modeling
-
محتواي کتاب
- view
- مقدمه
- تعریف مسئله
- اهمیت موضوع
- مرور ادبیات موضوع
- تسخیر و حذف فعال زبالههای فضایی
- رباتیک فضایی
- رباتیک نرم
- مروری بر رباتیک نرم فضایی
- جمعبندی مرور ادبیات موضوع
- اهداف پژوهش
- ساختار پایاننامه
- مفاهیم اولیه و پیشنیازهای ریاضی
- گروه لی، جبر لی و مفاهیم مرتبط
- مفاهیم بنیادی از هندسه دیفرانسیل
- گروههای لی و جبرهای لی
- نگاشت نمایی و جبر لی یک گروه لی
- عملهای گروههای لی
- معادلات اویلر-پوآنکاره
- صورتبندی لاگرانژی: بنیان کلاسیک و محدودیتهای آن
- رویکرد هندسی: تقارن، کاهش و رویکرد اویلر–پوآنکاره
- معادله اویلر-پوآنکاره: استنتاج و تفسیر فیزیکی
- مزایا برای دینامیک و کنترل: بررسی مقایسهای
- گروه لی، جبر لی و مفاهیم مرتبط
- مدلسازی دینامیکی سه بعدی و کنترل پیکربندی بازوی نرم متصل به فضاپیمای شناور
- مقدمه
- توصیف بازوی نرم و سامانه فضاپیما
- سینماتیک سامانه بازوی نرم و فضاپیما
- سینماتیک بخش i ام
- سینماتیک سراسری
- دینامیک سهبعدی بازوی رباتیک نرم فضایی
- انرژی جنبشی کل
- ماتریس اینرسی فضاپیمای پایه
- ماتریس اینرسی بازوی نرم
- ماتریس اینرسی همبستگی دینامیکی
- انرژی پتانسیل کل
- معادلات عمومی حرکت بازوی رباتیک نرم فضایی شناور
- مدل دینامیکی مبتنی بر ژاکوبین تعمیمیافته برای بازوی رباتیک نرم فضایی
- مشتق ماتریس اینرسی تعمیم یافته نسبت به زمان
- مشتق ماتریس اینرسی تعمیم یافته نسبت به زاویههای پیکربندی
- مشتق ماتریس کوپل دینامیکی نسبت به زوایای پیکربندی
- مشتق ماتریس اینرسی فضاپیما نسبت به زوایای پیکربندی
- چارچوب جامع مدلسازی دینامیکی
- ژاکوبین تعمیمیافته برای بازوی رباتیک نرم فضایی شناور
- شبیهسازیهای عددی
- پاسخهای دینامیکی بازوی رباتیک نرم فضایی شناور
- پاسخهای دینامیکی بازوی رباتیک نرم فضایی شناور
- اعتبارسنجی مدل دینامیکی پیشنهادی
- تحلیل اثر ویژگیهای فیزیکی بازوی نرم در پاسخهای دینامیکی سیستم
- بازوی رباتیک نرم فضایی با میرایی ساختاری
- کنترل بازوی رباتیک نرم فضایی
- روش کنترل مد لغزشی
- فرماندهی مستقیم پیکربندی مطلوب
- فرماندهی سرعت مطلوب نقطهٔ انتهایی
- جمع بندی
- مدلسازی دقیق و کنترل بازوی نرم فضایی
- مدلسازی دقیق بازوی نرم فضایی
- تعریف متغیرهای سینماتیک بازوی نرم
- سینماتیک سامانه بازوی نرم فضایی
- استخراج معادلات دینامیک بازوی نرم فضایی
- مدل کاسرات گسسته با فرض کرنش ثابت
- تبدیل معادله PDE دینامیک به ODE و معادلات تجمیع شده
- پیچش سرعت و شتاب بازوی نرم سوار بر فضاپیمای پایه (با فرض کرنش ثابت)
- دینامیک کرنش ثابت تکهای
- چارچوب مدلسازی دینامیک بازوی نرم فضایی
- صحتسنجی مدل دینامیکی توسعه داده شده در فصل جاری
- همگرایی نتایج مدل کرنش ثابت به مدل پیوسته با افزایش تعداد قسمتهای بازوی نرم
- مقایسه رویکردهای مبتنی بر انحنای ثابت و کرنش ثابت در مدلسازی بازوی نرم
- طراحی کنترل برای ردیابی مسیرهای مطلوب
- طراحی کنترلگر دینامیک معکوس
- تحلیل پایداری
- نتایج شبیه سازی ردیابی مسیرهای مطلوب با استفاده از کنترلر دینامیک معکوس
- جمع بندی
- مدلسازی دقیق بازوی نرم فضایی
- نتیجهگیری
- مراجع
- مدلسازی دینامیکی و کنترل بازوی نرم فضایی در جهتگیری معین
- مقدمه
- توصیف سامانه
- نمادگذاریها
- سینماتیک بازوی نرم فضایی صفحهای با جهتگیری مشخص
- سینماتیک محلی
- ماتریس ژاکوبین و سرعتها
- سینماتیک سراسری
- معادلات دینامیکی بازوی رباتیک نرم فضایی
- انرژی جنبشی بازوی رباتیک نرم فضایی
- ماتریس اینرسی فضاپیمای پایه
- ماتریس اینرسی بازوی نرم
- ماتریس اینرسی کوپلینگ دینامیکی
- انرژی پتانسیل بازوی رباتیک نرم فضایی
- معادلات دینامیکی بازوی نرم فضایی در یک جهتگیری معین
- مدل دینامیکی تعمیمیافته بازوی نرم فضایی شناور آزاد در یک جهتگیری مشخص
- مشتق ماتریس اینرسی تعمیمیافته نسبت به زمان
- المان های ماتریس c*
- الگوریتم مدلسازی دینامیکی بازوی رباتیک نرم فضایی
- شتاب هر نقطه دلخواه روی بازوی نرم شناور: ژاکوبین تعمیمیافته
- شبیهسازیهای عددی
- پاسخهای دینامیکی بازوی نرم فضایی شناور
- صحتسنجی مدل دینامیکی پیشنهادی
- کنترل شکل بازوی نرم فضایی در جهتگیری مشخص
- جمع بندی