A Leg Motor Fault Recovery Algorithm for the Alignment Mode of the MMX Rover

Abstract

Die Martian Moons eXploration (MMX) Mission der japanischen Weltraumforschungsagentur (JAXA) hat das Ziel, den Ursprung und die Entwicklung der Marsmonde Phobos und Deimos zu erforschen. Der MMX-Rover, auch IDEFIX genannt, trägt zur MMX-Mission bei, indem er die Oberfläche von Phobos erforscht. Er wurde vom Deutschen Zentrum für Luftund Raumfahrt (DLR) und dem Französischen Nationalen Zentrum für Weltraumforschung (CNES) entwickelt. IDEFIX wird der erste Rover mit Rädern auf einem Himmelskörper mit Milligravitation sein. Dies erfordert ein einzigartiges Fortbewegungssystem, das von den DLRInstituten SR (Systemdynamik und Regelungstechnik) und RM (Robotik und Mechatronik) entwickelt wurde. Eine entscheidende Bewegung des Rovers, die mit dem Fortbewegungssystem ausgeführt werden kann, heißt Ausrichten. Diese ermöglicht es dem MMX-Rover, seine Solarpaneele zur Sonne zu orientieren. So wird sichergestellt, dass die Batterie immer wieder aufgeladen werden kann und IDEFIX über genügend Energie verfügt, um erfolgreich forschen zu können. Durch die individuelle Veränderung der Winkel seiner vier Beine kann ein bestimmter Nick- und Rollwinkel des Rover-Chassis erreicht werden. Wenn ein Beinmotor ausfällt, wird das zugehörige Bein unbeweglich, was eine alternative Strategie erfordert, um eine Ausrichtungsbewegung durchzuführen. In dieser Arbeit wird ein Algorithmus vorgestellt, der eine Zielorientierung und -körperhöhe als Eingaben bekommt und feststellt, ob diese gewünschte Ausrichtungsposition mit drei funktionierenden Beinen noch erreichbar ist. Wenn eine Zielposition als ausführbar eingestuft wird, gibt der Algorithmus die entsprechenden Zielbeinwinkel und -beinraten aus. Es wurden Simulationen durchgeführt, um die Funktionalität des Algorithmus unter Berücksichtigung der getroffenen Annahmen zu überprüfen. Zusätzlich wurde geprüft, ob der Radmotor des defekten Beins deaktiviert werden sollte. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass der Algorithmus die Realisierbarkeit einer Ausrichtungspose korrekt bestimmt. Außerdem werden die gewünschte Zielausrichtung und -körperhöhe erreicht, indem eine Ausrichtungsbewegung nur mit den drei funktionierenden Beinen durchgeführt wird. Der Radmotor des defekten Beins hat keinen Einfluss auf die Zielposition und wird daher deaktiviert, um Energie zu sparen.