Zunehmende Anforderungen an den Satelliten-Service in der Erdumlaufbahn (On Orbit Servicing, OOS) erfordern neue Technologien, um diese auszuführen. Wegen ihrer Flexibilität, Multifunktionalität und Erweiterbarkeit sind Weltraum-Roboter eine der vielversprechendsten Lösungen dafür. In der vorliegenden Arbeit wird für die Teleoperations-Aufgaben eines Weltraumroboters eine Architektur mit verteilter Echtzeit-Simulation basierend auf einem Data Distribution Service (DDS) vorgestellt. Außerdem wird für den frei schwebenden Roboter ein Model Predictive Control (MPC) Framework entworfen, das Kollisionen und Singularitäten bei Roboterbewegungen vermeidet. Ziel der vorliegenden Arbeit ist, für so eine Simulation eine allgemeine Architektur zu entwerfen, die dem Boden-Operateur eine intuitive Erkennung ermöglicht, und ein neues MPC Framework, das die vielfachen Einschränkungen beim Betrieb des Weltraumroboters in Betracht zieht und so die Leistung und Effektivität verbessert. Zu diesem Zweck wurde eine neue verteilte Echtzeitsimulation, RACOON, entwickelt, die auf einem DDS in Matlab/Simulink/Stateflow basiert. Sie liefert dem Boden-Operateur eine intuitive Ansicht des Roboters und erweitert die Simulations-Architektur für kollaborative Teleoperation, Mehrkörperdynamik, Autonomous Mission Management (AMM), Weg- und Bahn-Planung, Bewegungskontrolle, virtuelle Realität, usw., für heutige komplexe Robotikmissionen. Zunächst wird die Dynamik des Raumroboters mit einer Baumstruktur unter Nutzung von Konzepten aus der Graphentheorie und räumlichen Beschreibungen dargestellt, um damit ein Nonlinear Model Predictive Control (NMPC) Model zu verwirklichen. Aus der Topologie des Roboters wird eine Inertia Mapping Matrix (IMM) hergeleitet werden, um die Spärlichkeit eines JSIM und die Komplexität von CRBA Algorithmen zu untersuchen und die Dekomposition des JSIM zu unterstützen. Danach werden für redundante Manipulatoren unter Berücksichtigung der Priorität von Redundanz und Aufgaben die Singularitäts- und Kollisions-Probleme untersucht. Für die Vermeidung von Singularitäten wird basierend auf dem Konzept von Handhabbarkeits-Ellipsoiden eine sogenannte STR-Methode entwickelt. Zur Kollisionsvermeidung, wird eine neue „Zwei-Kontroll¬punkte-Strategie“ vorgeschlagen, die Schwingung der Gelenkgeschwindigkeit dämpft und so eine glattere Bewegungsbahn des Roboterarms erzeugt. In einer Anwendungsstudie wird gezeigt, wie bei der Ergreifung eines nicht kooperativen Zielsatelliten ein so gestalteter NMPC einen Manipulatorarm kollisions- und singularitätsfrei bewegt. Die Wirksamkeit und die Leistungsfähigkeit der hier neuen vorgeschlagenen Methoden werden mit traditionellen Methoden verglichen. Diese Arbeit zeigt die Machbarkeit und die Überlegenheit eines eingeschränkten MPC für den Einsatz eines Weltraumroboters.      «

Zunehmende Anforderungen an den Satelliten-Service in der Erdumlaufbahn (On Orbit Servicing, OOS) erfordern neue Technologien, um diese auszuführen. Wegen ihrer Flexibilität, Multifunktionalität und Erweiterbarkeit sind Weltraum-Roboter eine der vielversprechendsten Lösungen dafür. In der vorliegenden Arbeit wird für die Teleoperations-Aufgaben eines Weltraumroboters eine Architektur mit verteilter Echtzeit-Simulation basierend auf einem Data Distribution Service (DDS) vorgestellt. Außerdem wird...     »