We present an experimental validation framework for space robotics that leverages underwater environments to approximate microgravity dynamics. While neutral buoyancy conditions make underwater robotics an excellent platform for space robotics validation, there are still dynamical and environmental differences that need to be overcome. Given a high-level space mission specification, expressed in terms of a Signal Temporal Logic specification, we overcome these differences via the notion of maximal disturbance robustness of the mission. We formulate the motion planning problem such that the original space mission and the validation mission achieve the same disturbance robustness degree. The validation platform then executes its mission plan using a near-identical control strategy to the space mission where the closed-loop controller considers the spacecraft dynamics. Evaluating our validation framework relies on estimating disturbances during execution and comparing them to the disturbance robustness degree, providing practical evidence of operation in the space environment. Our evaluation features a dual-experiment setup: an underwater robot operating under near-neutral buoyancy conditions to validate the planning and control strategy of either an experimental planar spacecraft platform or a CubeSat in a high-fidelity space dynamics simulator.


翻译:我们提出了一种空间机器人技术的实验验证框架,该框架利用水下环境来近似模拟微重力动力学。虽然中性浮力条件使得水下机器人成为空间机器人验证的绝佳平台,但仍存在需要克服的动力学和环境差异。给定一个以信号时序逻辑规范表达的高层空间任务规范,我们通过任务的最大扰动鲁棒性概念来克服这些差异。我们构建运动规划问题,使得原始空间任务与验证任务达到相同的扰动鲁棒度。随后,验证平台执行其任务计划,采用与空间任务近乎相同的控制策略,其中闭环控制器考虑了航天器动力学。评估我们的验证框架依赖于在执行期间估计扰动,并将其与扰动鲁棒度进行比较,从而为空间环境中的操作提供实际证据。我们的评估采用双实验设置:一个水下机器人在接近中性浮力的条件下运行,以验证实验性平面航天器平台或高保真空间动力学模拟器中CubeSat的规划与控制策略。

0
下载
关闭预览

相关内容

空间模块化机器人自重构机理与算法研究现状
专知会员服务
16+阅读 · 1月31日
地下空间无人系统研究综述
专知会员服务
40+阅读 · 2024年10月22日
《改进水下恶劣条件下人机协作的机器视觉》252页
专知会员服务
29+阅读 · 2024年3月13日
《水下机器人的自然、鲁棒和多模态人机交互》345页
专知会员服务
37+阅读 · 2024年3月11日
《动态空潜跨介质飞行器》苏黎世联邦理工学院
专知会员服务
28+阅读 · 2023年1月2日
前沿:水下机器人及其导航系统
科学出版社
11+阅读 · 2019年6月22日
国外无人水下航行器装备与技术现状及展望
无人机
14+阅读 · 2018年1月11日
水下无人系统发展现状及关键技术
无人机
21+阅读 · 2018年1月5日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
VIP会员
最新内容
《新兴技术武器化及其对全球风险的影响》
专知会员服务
7+阅读 · 4月29日
《帕兰泰尔平台介绍:信息分析平台》
专知会员服务
17+阅读 · 4月29日
智能体化世界建模:基础、能力、规律及展望
专知会员服务
11+阅读 · 4月28日
美海警海上态势感知无人系统
专知会员服务
6+阅读 · 4月28日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员