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AI-enabled Cyber-Physical In-Orbit Factory - AI approaches based on digital twin technology for robotic small satellite production

Leutert, Florian und Bohlig, David und Kempf, Florian und Schilling, Klaus und Mühlbauer, Maximilian Sebastian und Ayan, Bengisu und Hulin, Thomas und Stulp, Freek und Albu-Schäffer, Alin Olimpiu und Kutscher, Vladimir und Plesker, Christian und Dasbach, Thomas und Damm, Stephan und Anderl, Reiner und Schleich, Benjamin (2024) AI-enabled Cyber-Physical In-Orbit Factory - AI approaches based on digital twin technology for robotic small satellite production. Acta Astronautica, 217, Seiten 1-17. Elsevier. doi: 10.1016/j.actaastro.2024.01.019. ISSN 0094-5765.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich bis 30 April 2026 - Preprintversion (eingereichte Entwurfsversion)
30MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0094576524000195

Kurzfassung

With the ever increasing number of active satellites in space, the rising demand for larger formations of small satellites and the commercialization of the space industry (so-called New Space), the realization of manufacturing processes in orbit comes closer to reality. Reducing launch costs and risks, allowing for faster on-demand deployment of individually configured satellites as well as the prospect for possible on-orbit servicing for satellites makes the idea of realizing an in-orbit factory promising. In this paper, we present a novel approach to an in-orbit factory of small satellites covering a digital process twin, AI-based fault detection, and teleoperated robot-control, which are being researched as part of the "AI-enabled Cyber-Physical In-Orbit Factory" project. In addition to the integration of modern automation and Industry 4.0 production approaches, the question of how artificial intelligence (AI) and learning approaches can be used to make the production process more robust, fault-tolerant and autonomous is addressed. This lays the foundation for a later realization of satellite production in space in the form of an in-orbit factory. Central aspect is the development of a robotic AIT (Assembly, Integration and Testing) system where a small satellite could be assembled by a manipulator robot from modular subsystems. Approaches developed to improving this production process with AI include employing neural networks for optical and electrical fault detection of components. Force sensitive measuring and motion training helps to deal with uncertainties and tolerances during assembly. An AI-guided teleoperated control of the robot arm allows for human intervention while a Digital Process Twin represents process data and provides supervision during the whole production process. Approaches and results towards automated satellite production are presented in detail.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/202506/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:AI-enabled Cyber-Physical In-Orbit Factory - AI approaches based on digital twin technology for robotic small satellite production
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Leutert, Florianflorian.leutert (at) telematik-zentrum.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bohlig, DavidZentrum für Telematik e.V.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kempf, Florianflorian.kempf (at) telematik-zentrum.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schilling, KlausJulius-Maximilians-Universität WürzburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mühlbauer, Maximilian SebastianMaximilian.Muehlbauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7635-0248NICHT SPEZIFIZIERT
Ayan, BengisuDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hulin, ThomasThomas.Hulin (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3814-075XNICHT SPEZIFIZIERT
Stulp, FreekFreek.Stulp (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9555-9517NICHT SPEZIFIZIERT
Albu-Schäffer, Alin OlimpiuAlin.Albu-Schaeffer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5343-9074152025243
Kutscher, VladimirTechnical University of DarmstadtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Plesker, ChristianTechnical University of Darmstadthttps://orcid.org/0000-0002-5083-7613NICHT SPEZIFIZIERT
Dasbach, Thomasdasbach (at) dik.tu-darmstadt.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Damm, StephanTechnical University of DarmstadtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Anderl, Reineranderl (at) dik.tu-darmstadt.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schleich, BenjaminTechnical University of Darmstadthttps://orcid.org/0000-0002-3638-4179NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:18 Januar 2024
Erschienen in:Acta Astronautica
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:217
DOI:10.1016/j.actaastro.2024.01.019
Seitenbereich:Seiten 1-17
Verlag:Elsevier
ISSN:0094-5765
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Satellite production, Robotic assembly, Automated production, Artificial intelligence, Machine learning, Teleoperation, Digital twin
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Telerobotik, R - Erklärbare Robotische KI
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Hinterlegt von: Mühlbauer, Maximilian Sebastian
Hinterlegt am:31 Jan 2024 13:50
Letzte Änderung:31 Jan 2024 13:50

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