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Robotic Capture and De-Orbit of a Heavy, Uncooperative and Tumbling Target in Low Earth Orbit

Jaekel, Steffen und Lampariello, Roberto und Panin, Giorgio und Sagardia, Mikel und Brunner, Bernhard und Porges, Oliver und Kraemer, Erich und Wieser, Matthias und Haarmann, Richard und Biesbroek, Robin (2015) Robotic Capture and De-Orbit of a Heavy, Uncooperative and Tumbling Target in Low Earth Orbit. ASTRA 2015 - 13th Symposium on Advanced Space Technologies in Robotics and Automation, 11.-13. Mai 2015, Nordwijk, Niederlande.

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Kurzfassung

This paper presents a robotic capture concept for large spacecraft in low Earth orbit (LEO) that was developed as part of the the e.Deorbit feasibility study within the scope of the clean space initiative of the European Space Agency (ESA). The defective and tumbling satellite ENVISAT has been chosen as potential target to be captured, stabilized, and subsequently de-orbited in a controlled manner. Following a thorough target analysis including potential grasping points, a robotic capture concept was developed that is based on a 7-DoF dexterous robotic manipulator, a linear two-bracket gripper, and a clamping mechanism for achieving stiff fixation between target and chaser satellites prior to the de-tumbling and execution of the de-orbit maneuver. The robotic grasp concept includes a stereo-vision camera system featuring a visual servoing algorithm for camera-in-the-loop error correction. In addition, a platform-mounted camera system is utilized for target model building as well as relative motion and pose estimation. For concept validation, visual servoing, haptic grasp and capture simulations were performed. The task-specific kinematics of the manipulator and potential joint locks as contingency events were validated and analyzed using the method of capability maps. For the complete robotic capture maneuver, an error budget was created and evaluated. Geometric analysis and haptic grasp simulations showed that the gripper design and connected grasp approach is feasible and robust. In addition, the kinematics analysis yielded a sufficient reachability, even in the case of an improbable joint lock. FE-analyses were performed to show that a high compound stiffness can be achieved by the clamping device and that all required forces can be transmitted without damaging the target’s structure. Overall, the study showed that the capture and deorbiting of ENVISAT is feasible and robust using the developed robotic concept.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/117392/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Robotic Capture and De-Orbit of a Heavy, Uncooperative and Tumbling Target in Low Earth Orbit
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Jaekel, Steffensteffen.jaekel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lampariello, RobertoRoberto.Lampariello (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Panin, Giorgiogiorgio.panin (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sagardia, MikelMikel.Sagardia (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7603-1717NICHT SPEZIFIZIERT
Brunner, BernhardBernhard.Brunner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0002-8459-7934NICHT SPEZIFIZIERT
Porges, Oliveroliver.porges (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kraemer, Ericherich.kraemer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wieser, Matthiasmatthias.wieser (at) ohb.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Haarmann, Richardrichard.haarmann (at) ohb.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Biesbroek, Robinrobin.biesbroek (at) esa.intNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Mai 2015
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:On-Orbit Servicing, ENVISAT
Veranstaltungstitel:ASTRA 2015 - 13th Symposium on Advanced Space Technologies in Robotics and Automation
Veranstaltungsort:Nordwijk, Niederlande
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:11.-13. Mai 2015
Veranstalter :European Space Agency (ESA)
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - On-Orbit Servicing [SY]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Autonomie und Fernprogrammierung
Hinterlegt von: Jäkel, Steffen
Hinterlegt am:18 Dez 2017 13:58
Letzte Änderung:29 Mär 2023 00:35

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