Modellazione di robot cedevoli per applicazioni spaziali

On-orbit servicing and space debris removal missions are becoming increasingly frequent due to the growing number of satellites in Earth orbit. In this context, the use of space manipulators for object retrieval is playing an increasingly central role. Space manipulators differ from industrial ones mainly in their structural features: their supporting structure is generally lighter and less rigid, since it is not subject to gravity. Moreover, the high forces involved and the precision required in motion demand the use of high-ratio gear reducers, which introduce additional compliances into the system. The aim of this study is to assess the impact of joint and link compliance on the static and dynamic behavior of a space manipulator. After presenting the case under study, the sources of compliance in the manipulator are analyzed, comparing the displacements generated by the joints and the links. Subsequently, the equations of motion are derived (using the most suitable theoretical model), and the dynamic behavior is analyzed through numerical simulations. Finally, the static behavior is evaluated using theoretical tools such as the stiffness ellipsoid and the Mozzi axis.

Le missioni di servizio in orbita e di rimozione dei detriti spaziali stanno diventando sempre più frequenti, a causa dell’aumento del numero di satelliti in orbita terrestre. In tale contesto, l’impiego di manipolatori spaziali per il recupero di oggetti sta assumendo un ruolo sempre più centrale. I manipolatori per uso spaziale si differenziano da quelli industriali principalmente per le caratteristiche costruttive: la loro struttura portante è in genere più leggera e meno rigida, in quanto non soggetta alla forza di gravità. Inoltre, le elevate forze in gioco e la precisione richiesta nei movimenti impongono l’utilizzo di riduttori con alti rapporti di trasmissione, che introducono ulteriori rigidezze nel sistema. L’obiettivo del presente studio è valutare l’impatto della cedevolezza dei giunti e dei link sul comportamento statico e dinamico di un manipolatore spaziale. Dopo aver presentato il caso oggetto di studio, si analizzano le sorgenti di cedevolezza del manipolatore, confrontando gli spostamenti generati dai giunti e dai link. Successivamente, si ricavano le equazioni del moto (sfruttando il modello teorico più opportuno) e si analizza il comportamento dinamico tramite simulazioni numeriche. Infine, si valuta il comportamento statico mediante strumenti teorici quali l'ellissoide di rigidezza e l'asse di Mozzi.