عنوان پایان‌نامه
طراحی و ساخت ربات سه درجه آزادی شبیه ساز فضاپیما جهت آزمایش ماموریت فضایی و عملیات در همسایگی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکاترونیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80825;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80825
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- رضا عظیمی
- استاد راهنما
- امیر رضا کوثری, بهرام تارویردی زاده
- چکیده
- گسترش فعالیت‌های فضایی، نیازمند انجام عملیات پیچیده در فضا است که تجهیزات بسیار دقیق لازم دارد. قبل از انجام عملیات در محیط فضا، بررسی کارایی و دقت تجهیزات سخت‌افزاری، صحت سنجی عملکرد الگوریتم‌های نظارتی و کنترلی در تخمین محصول نهایی و نرم‌افزاری لازم است طی مراحل خاصی انجام پذیرد. درنتیجه نیاز به آزمایش و آزمودن تجهیزات سخت‌افزاری و الگوریتم‌های کنترلی مورد استفاده در فضاپیما در فازهای مختلف طراحی و پیاده‌سازی امری اجتناب ناپذیر است. آزمایش عملیات فضایی در فضا، هزینه‌های زیادی را می‌طلبد ضمن اینکه فضا یک محیط ناشناخته و پرخطر است. آزمایش بر روی زمین نسبتاً کم‌هزینه، با امنیت بیشتر و با توانایی بالا برای بررسی صحت عملکرد فنّاوری سامانه‌های فضاپیما، فن‌های ناوبری و روش‌های کنترل، تکمیل تحقیقات تحلیلی و شبیه‌سازی عددی است. روند نمای طراحی و ساخت شبیه‌ساز سه درجه آزادی حرکت وضعی و انتقالی ماهواره که به منظور صحت‌سنجی الگوریتم‌های کنترلی موجود، توسعه روش‌های کنترلی جدید، تست زیرسامانه‌های ماهواره و آموزش کاربران در حوزه‌ی پایداری و کنترل سامانه‌های فضایی به کار گرفته می‌شود در ین پایان‌نامه مورد بررسی قرار گرفته است. ربات شبیه‌ساز سه درجه آزادی، بر پایه یاتاقان‌های هوایی خطی قرار گرفته است و می‌تواند بستر کاملاً بدون اصطکاک و با گشتاور کم را برای شبیه‌سازی محیط عملکردی فضاپیما ایجاد کند. مجموعه‌ی تراسترها، واحد محاسبات اینرسی، دوربین و تعیین موقعیت، پردازشگر مرکزی و سخت‌افزار الکترونیکی، واحد تأمین انرژی، سیستم نیوماتیک و یاتاقان‌های هوایی خطی زیرسامانه‌های اصلی این شبیه‌ساز هستند که در تعامل با یکدیگر، امکان انجام تست‌های عملیاتی بر روی ربات را فراهم می‌نماید. استخراج ساختار همه‌جانبه این سامانه و کلیه زیرسیستم‌های آن که قیود مأموریتی، الزامات عملکردی و محدودیت‌های شبیه‌سازی بر روی زمین را لحاظ کرده باشد، امری پیچیده و زمان‌بر بوده و نیازمند ارتباطات گسترده زیرسامانه‌ها است. در این پایان‌نامه روند نمای طراحی و ساخت هر یک از زیرسیستم‌ها مورد اشاره قرار خواهد گرفت و پس از پیاده‌سازی نهایی ربات، به بررسی عملکردی ربات پرداخته می‌شود که پیاده‌سازی بخش نرم‌افزار و سخت‌افزار سیستم‌های الکترونیکی و همچنین سنسورها و سیستم انتقال داده انتظارهای این پژوهش را برآورده نمود. استفاده از پردازش تصویر جهت تخمین موقعیت ربات و کالیبره کردن دوربین یکی دیگر از مواردی است که در این پایان‌نامه مورد استفاده قرار گرفته شده است.
- Abstract
- Development of space activities requires complicated operations that requires extremely accurate equipment. Before operating in space environment, evaluation of efficiency and accuracy of the hardware, confirmation (validation or verification) of regulatory and control algorithms for prediction of final product and software have to be done during certain steps (or stages). So, in the different phases of design and implementation, need to test and evaluation of hardware equipment and regulatory algorithms used in spacecraft is inevitable. Space operations testing in space, requires a lot of costs while space is an unknown and unsafe environment. Experiment on earth is relatively low cost with more security and a high capacity to examine the authenticity of functionality of the spacecraft systems technology, navigation ventilators and control methods, completion of analytical researches and numerical simulations. Procedure of design and construction of three degrees of freedom simulator of rotation and transmission motion of satellite that is used in verification of present control algorithms, development of new control methods, test (or evaluation) of satellite subsystems, user training in the field of space systems sustainability and control, have been studied in this thesis. Three degrees of freedom simulator robot is located on the linear air bearings and can provide completely frictionless headstock and low torque for simulation of the spacecraft operational perimeter. Main subsystems of this simulator contain the set of thrusters, unit of inertia calculation, camera and Positioning, central processing unit and electronic hardware, power supply unit, pneumatic system and linear air bearings that in an interaction with each other provide the ability to perform operational tests on the robot. Extraction overall structure of the system and all its subsystems that consider the mission constraints, the operational requirements and the simulation constrains on earth is complicated and time consuming and requires extensive communication of subsystems. In this thesis, Procedure of design and construction of each of the subsystems will be discussed and after final implementation of robot, its operational performance will be studied; that Implementation of software and hardware electronic systems and sensors and data transfer system was acceptable. In order to estimate the position of robot and calibrate the camera, image processing method is used Keywords: Spacecraft simulator, Three degrees of freedom robot, image processing, thruster control, position estimation, hardware electronic systems design,
