Алгоритмы дистанционного управления манипулятором сервисного спутника при работе с некооперируемым космическим аппаратом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Козлова Наталия Юрьевна

• Козлова Наталия Юрьевна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Козлова Наталия Юрьевна

СОКРАЩЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЗАДАЧА УПРАВЛЕНИЯ СВОБОДНОЛЕТАЮЩИМ КОСМИЧЕСКИМ МАНИПУЛЯЦИОННЫМ РОБОТОМ НА ЭТАПЕ СЕРВИСНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

1.1 Описание объекта исследования - космического манипуляционного робота сервисного спутника и методы дистанционного управления им

1.1. Этапы сервисного обслуживания

1.2. Существующие подходы к решению проблем дистанционного управления манипулятором сервисного спутника

1.3. Хронология космических экспериментов по этапам сервисного обслуживания некооперируемых космических аппаратов

1.4. Постановка задачи управления манипулятором сервисного спутника

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ

2.1. Стратегия автоматического управления сервисным спутником при сближении с некооперириуемым космическим аппаратом

2.2. Математическая модель поступательного и вращательного движения сервисного спутника

2.3. Динамика космического манипуляционного робота при развертывании манипулятора, захвате некооперируемого космического аппарата и стабилизации

2.4. Математическая модель двигательной установки

2.5. Управление на уровнях наведения и стабилизации системы управления сервисным спутником

2.6. Выводы по Главе

ГЛАВА 3. АЛГОРИТМЫ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ СВОБОДНОЛЕТАЮЩИМ КОСМИЧЕСКИМ МАНИПКЛЯЦИОННЫМ РОБОТОМ

3.1. Стратегия и алгоритмы управления

3.2. Обеспечение устойчивости системы дистанционного управления

3.2.1. Исследование устойчивости системы

3.2.2. Существующий метод обеспечения устойчивости системы дистанционного управления

3.3. Модифицрованный метод, отличающийся повышением точности дистанционного управления

3.4. Нелинейный закон управления с местной обратной связью для снижения утомляемости человека при работе с системой

3.4.1. Предлагаемый метод управления

3.4.2. Устойчивость системы дистанционного управления с применением метода снижения утомляемости оператора

3.5. Выводы по Главе

ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО И

ДИСТАНЦИОННОГО РЕЖИМОВ УПРАВЛЕНИЯ СЕРВИСНЫМ СПУТНИКОМ

4.1. Исходные данные

4.2. Моделирование алгоритмов управления сервисным спутником при наведении и сближении с некооперируемым космическим аппаратом

4.3. Моделирование алгоритмов дистанционного управления сервисным спутником при выполнении сервисных работ

4.4. Полунатурное моделирование алгоритмов дистанционного управления манипулятором сервисного спутника с применением метода снижения утомляемости оператора

4.5. Выводы по Главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

СОКРАЩЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

АО - Акционерное Общество

АО «ИСС» - АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва

АО ЦНИИмаш - Центральный Научно-Исследовательский Институт машиностроения

АРТС - антропоморфные робототехнические системы ГНЦ РФ ЦНИИ РТК (ЦНИИ РТК) - Государственный научный центр Российской Федерации «Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики»

ГНТЦ «Гарант» - Государственный научно-технический центр научных исследований и разработок в области естественных и технических наук ГК - государственная корпорация ГСО - геостационарная орбита ДУ - двигательная установка ЗУ - задающее устройство ИСК - инерциальная система координат ИУ - исполнительное устройство НИИ - Научно-Исследовательский Институт НИР - научно-исследовательская работа КА - космический аппарат КМР - космический манипуляционный робот КЭ - космический эксперимент ЛА - летательный аппарат ДСД - система двустороннего действия

МАИ - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» МКС - Международная космическая станция

НКА - некооперируемый космический аппарат НИИ - научно-исследовательский институт

НИИ ПМЭ МАИ — НИИ прикладной механики и электродинамики МАИ

РКК - Российская космическая корпорация

РС МКС - Российский сегмент МКС

РТК - робототехнический комплекс

РТС - робототехническая система

РФФИ - российский фонд фундаментальных исследований СИИП - системы инжекции ионного пучка ССК - связанная система координат

СЧ НИР - составная часть научно-исследовательской работы ЦНИИ - Центральный Научно-Исследовательский Институт ФГУП ЦНИИХМ - Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный научно-исследовательский институт химии и механики»

BPC (Backward Passivity Controller) - отрицательный модуль пассификации

ConeXpress-OLEV (Orbital Life Extension Vehicle) - космический аппарат для продления жизнедеятельности орбитальных систем

DART (Demonstration of Autonomous Rendezvous Technology) -беспилотный спутник NASA для демонстрации технологии автономной стыковки в космосе

DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) - Немецкий аэрокосмический центр

DLR-RMС (DLR Robotics and Mechatronics Center) - Институт робототехники и мехатроники Немецкого аэрокосмического центра

DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) - Агентство передовых оборонных исследовательских проектов Министерства обороны США

DCF (Dynamic Crossflow Filter) - динамический компенсационный фильтр

ETS-VII (Engineering Test Satellite VII) - тестовый спутник для демонстрации технологии автономного стыковки на орбите

FPC (Forward Passivity Controller) - положительный модуль пассификации FPO (Forward Passivity Observe) - положительный модуль контроля пассивности

GNC (Guidance, Navigation, Control) - функции наведения, навигации и управления

LQR (Linear-quadratic regulator) - линейно-квадратичный регулятор MATLAB - высокоуровневый интерпретируемый язык программирования с пакетом прикладных программ и интегрированной средой для разработки, выполнения инженерных и математических расчётов, работы с матричными базами данных и визуализации

MEV (Mission Extension Vehicle) - концепция космического аппарата, основное назначение которого - продление сроков эксплуатации спутников на геостационарной орбите

MRV (Mission Robotic Vehicle) - космический аппарат для обслуживания геостационарных спутников

MTDPA (Modifyed Time Domain Passivity Approach) - модифицированный метода пассификации

NASA (National Aeronautics and Space Administration) - независимое агентство федерального правительства США

РС (Passivity Controller) - модуль пассификации PO (Passivity Observer) - модуль контроля пассивности RMSE (Root Mean Squared Error) - корень из среднеквадратичной ошибки RSGS (Robotic Servicing of Geosynchronous Satellites) - проект по разработке робота для обслуживания геосинхронных спутников

RRM (Robotic Refueling Mission) -программа NASA, направлена на тестирование и проверку технологий заправки спутников на орбите

Simulink - графическая среда программирования на базе MATLAB для моделирования и анализа многодоменных динамических систем

TDPA (Time Domain Passivity Approach) - метод пассификации канала связи для обеспечения устойчивости системы дистанционного управления TDPN (Time Delay Power Network) - электрическая сеть с временной задержкой

TECSAS (TEChnology Satellite of Space systems) - космическая миссия DLR с участием канадского космического агентства

V-Rep (Virtual Robot Experimentation Platform) - SD-симулятор роботов с интегрированной средой разработки

XXS (Experimental Small Satellite) - серия экспериментов с микроспутниками для полуавтоматической визуальной инспекции объектов ближней зоны и для маневрирования

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Алгоритмы дистанционного управления манипулятором сервисного спутника при работе с некооперируемым космическим аппаратом»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Развитие космической отрасли является одним из ключевых элементов национальной экономики и безопасности России на следующие десять лет и далее до 2036 года. В Указе Президента РФ от 07.05. 2024 N 309" О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года" говорится, что Россия должна усилить свои позиции в космической индустрии через разработку и внедрение передовых технологий, включая спутниковые системы, ракетостроение и космическую науку [1].

В прогнозе долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2030 года [2] космическая отрасль описывается, как одна из приоритетных областей для научно-технического и инновационного развития страны. Особое внимание при этом уделяется разработке и внедрению передовых научных исследований и технологий, к которым относится сервисное обслуживание спутников на орбите. Изучение и разработка алгоритмов дистанционного управления манипулятором сервисного спутника открывает новые возможности для обслуживания, ремонта, а также утилизации тех космических аппаратов, которые завершили свою эксплуатацию или вышли из строя [3]. При этом задачи обслуживания космического аппарата (КА), вышедшего из строя, то есть, некооперируемого космического аппарата (НКА), могут осуществляться как в автоматическом режиме, так и в режиме дистанционного управления с Земли или с борта пилотируемого КА.

Обслуживание космических аппаратов на орбите - одна из обещающих сфер развития российской космической отрасли [4]. Это подтверждается тем, что в 2022 году генеральный директор государственной корпорации (ГК) «Роскосмос» Дмитрий Рогозин заявил, что перед ракетно-космической отраслью стоит задача перейти к концепции ремонтопригодности космических аппаратов [5]. ГК «Роскосмос» планирует создать орбитальные спутники, которые можно

будет ремонтировать прямо в космосе. Это позволит увеличить срок службы российских космических аппаратов.

Данная работа посвящена направлению космической робототехники — области науки, ориентированной на создание роботизированных платформ для выполнения задач в экстремальных условиях внеземного пространства. Речь идет о разработке систем, способных функционировать в открытом космосе, на поверхности небесных тел без атмосферы, а также в атмосферах планет, отличных от Земли. Внедрение таких технологий открывает новые горизонты для проектирования космических аппаратов, способных работать как автономно, так и под управлением экипажа, повышая их надежность, срок службы и безопасность при одновременном снижении эксплуатационных затрат.

Ключевые направления применения робототехники в космосе

1. Эксплуатация в околоземном пространстве и на орбитальных станциях: проведение ремонтных операций, обслуживания и сборки модулей; инспекция корпусов кораблей и диагностика оборудования; поддержка экипажа (включая психологическую помощь); выполнение погрузочно-разгрузочных работ.

2. Деятельность на поверхностях планет и астероидов: проведение научных экспериментов и разведки ресурсов; строительство инфраструктуры для будущих миссий; подготовка площадок для долговременных баз.

Использование роботов позволяет минимизировать риски для космонавтов, сократить бюджет программ за счет замены дорогостоящих пилотируемых миссий, а также расширить спектр выполняемых задач — от строительства в вакууме до детального изучения труднодоступных зон.

Несмотря на успехи в создании роботов для внекорабельной деятельности, остаются нерешенными вопросы энергоэффективности, точности управления в условиях задержки сигнала и адаптации к непредсказуемым условиям (например, микрометеоритные повреждения). Решение этих проблем станет основой для следующего этапа освоения космоса, где роботы будут играть роль первопроходцев, сокращая зависимость от человеческого фактора.

В настоящее время актуальность приобретают исследования возможностей использования РТС и АРТС на борту Российского сегмента (РС) Международной космической станции (МКС) и пилотируемых космических средств нового поколения.

Количество спутников на орбите Земли уже достигло несколько тысяч, и это число продолжает расти [5]. С каждым годом космический мусор представляет всё большую угрозу для космических миссий [6], что делает вопрос управления и обслуживания некооперируемых объектов в космосе актуальным.

Регулярное сервисное обслуживание позволит снизить количество запускаемых новых аппаратов и своевременно утилизировать отработавшие свой срок космические аппараты, что способствует уменьшению количества космического мусора и повышению безопасности космических миссий [7], что еще раз подтверждает актуальность выполненной диссертационной работы.

Исследования по созданию сервисных спутников активно ведутся как в РФ, так и за рубежом. Активно ведутся исследования и осуществляются космические эксперименты (КЭ) по отработке обслуживания некооперируемых космических аппаратов (НКА), по созданию кооперируемых космических аппаратов нового поколения, сервисных спутников, которые смогут устанавливать реактивные двигательные установки на выработавшие топливо спутники и выполнять другие задачи для продления срока эксплуатации космических аппаратов. Таким образом, создание сервисных спутников является также актуальной и важной задачей.

Для снижения нагрузки на человека-оператора ученые применяют линейный закон изменения силы воздействия удаленной среды. Разработанные методы эффективно снижают нагрузку на оператора при свободном движении исполнительного устройства, однако при контакте исполнительного устройства с препятствием адекватность восприятия человеком удаленной среды значительно ухудшается. Поэтому еще одной актуальной задачей является разработка алгоритма, позволяющего эффективно снижать физическую нагрузку

на оператора как при свободном движении исполнительного устройства, так и при контакте исполнительного устройства с препятствием с целью снижения утомляемости оператора во время дистанционного управления манипулятором, находящимся в космосе.

Работы по созданию сервисных спутников и дистанционному управлению ими активно ведутся как в России в МГТУ им. Н.Э. Баумана, в Центральном научно-исследовательском институте машиностроения (ЦНИИмаш), в Центральном научно-исследовательском и опытно-конструкторском институте робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК), в Научно-производственном объединении (НПО) «Андроидная техника), в Российской космической корпорации (РКК) «Энергия» и др., так и за рубежом - в независимом агентстве федерального правительства США NASA (National Aeronautics and Space Administration), в Агентстве передовых оборонных исследовательских проектов Министерства обороны США DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), в Немецком центре воздушных и космических полетов DLR (Deutsches zentrum fur Luft- and Raumfahrt).

РКК «Энергия» совместно с ЦНИИ РТК и DLR провели несколько космических экспериментов под названием «Контур» в 2009 - 20011 гг. При этом еще в 2007 г. агентство DARPA реализовало проект «Orbital Express» с целью создания кооперируемого КА и планирует в 2024-2025 гг. запуск спутника Robotic Servicing of Geosynchronous Satellites (RSGS) для отработки процедур обследования и ремонта некооперируемых КА (НКА). В период 2011 - 2018 гг. в NASA прошли эксперименты по имитации заправки НКА, в планах NASA -создание сервисного спутника OSAM-1 (ранее Restore-L) к 2025 г. Кроме того, американская компания Space Logistics после двух успешных запусков Mission Extension Vehicle (MEV) планирует в 2024 - 2025 гг. запуск новых спутников серии Mission Robotic Vehicle (MRV), которые смогут устанавливать реактивные двигательные установки на выработавшие топливо спутники. Таким образом, создание сервисных спутников является актуальной и важной задачей в мире.

Степень проработанности темы исследования. Большой вклад в разработку моделей и алгоритмов управления сервисными спутниками на этапах сближения с НКА и выполнения видеоинспекции, захвата и стыковки внесли ученые Е.И. Сомов [8-10], Боровин Г.К. и Лапшин В.В. [11]. В своих работах В.Ю. Рутковский и В.М. Суханов [12] предложили подход к управлению манипулятором сервисного спутника на основе обратной связи. Ученый Заборовский В.С. в рамках КЭ «Контур» показал возможности включения оператора, находящегося на Земле, в контур управления космическими робототехническими устройствами [13], однако остается нерешенным вопрос адекватной передачи силы воздействия удаленной среды на задающий манипулятор при контакте исполнительного манипулятора с препятствием.

Отечественные научные издания содержат значительное количество работ, охватывающих как теоретические основы, так и прикладные методы проектирования систем удаленного управления манипуляторных устройств [1417].

Пионерские исследования в этой области принадлежат В. С. Кулешову, который впервые сформулировал концепции двустороннего взаимодействия в системах управления и разработал алгоритмы синтеза, позволяющие передавать оператору тактильную обратную связь. Его труды заложили методологическую базу для создания комплексов, где силовое отражение становится ключевым элементом точного позиционирования в условиях неопределенности среды.

Значительный вклад в исследование и проектирование систем дистанционного управления роботизированными объектами внесли Попов Е.П., Филаретов В. Ф., Кулаков Ф.М. [18; 19], Игнатьев М.Б., Макаров И.М., Ющенко А.С, Макарычев В. П., Брискин Е.С, Жога В.В. [127]и другие.

Разработками робототехнических систем для орбитального обслуживания НКА занимаются российские ученые А.С. Кондратьев [13], И.Ю. Даляев [20; 21] , В.М. Копылов [22; 23], А.В, Лопота [24-26], Е.И. Юревич [27].

Большой вклад в разработку систем стыковки с перспективными космическими аппаратами, в том числе некооперируемыми, внес А.В. Яскевич [28-30].

Важной задачей, рассмотренной в настоящей работе, является снижение физической утомляемости человека-оператора при его длительной работе с задающим манипулятором системы дистанционного управления. Для решения этой задачи зарубежные ученые T Ishii [31], A. Tobergte [32] применяют линейный закон изменения силы воздействия удаленной среды для снижения нагрузки на человека-оператора, данный метод эффективно снижает нагрузку на оператора при свободном движении исполнительного манипулятора (ИМ), однако при контакте ИУ с препятствием адекватность восприятия человеком удаленной среды значительно ухудшается [33]. Поэтому важной задачей является разработка алгоритма, позволяющего эффективно снижать нагрузку на оператора, уменьшая ощущаемый им вес задающего устройства, как при свободном движении ИМ, так и при контакте ИМ с препятствием.

Зарубежные ученые D. Reintsema и J. Thaeter предложили стратегию и алгоритмы управления свободнолетающим космическим манипуляционным роботом (КМР) при обслуживании НКА [34; 35], а B.E. Kelm и J.A. Angielski [36] разработали систему автоматической стыковки со спутниками, оторые изначально не были спроектированы для возможности сервисного обслуживания. Алгоритмы автономного захвата и обслуживания НКА на основе метода планирования траектории предложили I. Rekleitis, E. Martin, G. Rouleau [37].

Значительный вклад в разработку алгоритмов дистанционного управления КМР с силомоментной обратной связью внесли ученые C. Ott, J. Artigas, R.R. Balachandran [38-40], они использовали подход к обеспечению устойчивости сервисного спутника с манипулятором на борту, называемый в англо-язычной научной литературе «пассификацией», разработав специальный подход TDPA (Time Domain Passivity Approach). Физические основы этого подхода и расчеты, выполненные с использованием метода «аналогий электрических сетей»

описаны учеными B. Hannaford и J.-H. Ryu [41]. В основе этого подхода лежат принципы обеспечения пассивности в задачах управления, разработанные английским ученым J.C. Willems [42] и развиваемые А. Л. Фрадковым [43; 44].

Российская космическая корпорация (РКК) «Энергия» совместно с ГНЦ РФ ЦНИИ РТК и центром в ФРГ DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) провели несколько космических экспериментов (КЭ) под названием «Контур». Агентство передовых оборонных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) еще в 2007 г. реализовало проект создания кооперируемого КА «Orbital Express» и планирует в 2024 - 2025 годах запуск спутника Robotic Servicing of Geosynchronous Satellites (RSGS) для отработки процедур обследования и ремонта некооперируемых КА (НКА). В период с 2011 г. по 2018 г. в NASA прошли эксперименты по имитации заправки НКА, в планах NASA создание сервисного спутника OSAM-1 (ранее Restore-L) к 2025 г. Кроме того, Space Logistics (США) после двух успешных запусков Mission Extension Vehicle (MEV), планирует в 2024-2025 гг. запуск новых спутников серии Mission Robotic Vehicle (MRV), которые смогут устанавливать реактивные двигательные установки на выработавшие топливо спутники. Таким образом, создание сервисных спутников является актуальной и важной задачей.

При проведении настоящего исследования рассматривалась

математическая модель системы, в состав которой входили контуры задающего и исполнительного устройств (ЗУ и ИУ) и канала связи между ними. Сейчас ясна необходимость разработки такой математической модели системы дистанционного управления, которая учитывала бы взаимодействие сервисного спутника с установленным на нем исполнительным манипулятором и которая обеспечила бы устойчивость системы в целом даже при неизвестных задержках в канале связи, точность позиционирования исполнительного манипулятора и прозрачность.

Согласно исследованию [45], орбитальное обслуживание спутников в ближайшие годы станет одним из приоритетных направлений развития космических технологий. Авторы подчеркивают, что рост числа запусков и

увеличение сроков эксплуатации аппаратов потребуют внедрения инновационных решений для ремонта, дозаправки и утилизации объектов на орбите.

Параллельно в публикации [46] рассматривается военно-стратегический аспект разработки алгоритмов сближения. Ученые указывают, что такие технологии могут быть адаптированы для управления группировками спутников оборонного назначения, включая мониторинг угроз, защиту критически важных аппаратов и оперативное реагирование на изменения в космической обстановке. Это, в свою очередь, способно усилить национальную безопасность и обеспечить технологическое превосходство в условиях растущей конкуренции на околоземной орбите.

Таким образом задача обеспечения устойчивости и точности системы дистанционного управления манипулятором сервисного спутника является актуальной научно-технической задачей.

Целью диссертационного исследования является разработка алгоритмов дистанционного управления сближением КМР с КА, обеспечивающих возможность выполнения сервисного обслуживания с заданными показателями устойчивости системы и точности позиционирования исполнительного манипулятора.

Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие научные задачи:

1. Разработана новая математическая модель системы дистанционного управления манипулятором сервисного спутника, отличающейся от известных учетом взаимного влияния сервисного спутника и установленного на нем исполнительного манипулятора.

2. Модифицирован метод пассификации и подбор параметров, обеспечивающих требуемые устойчивость и точность позиционирования исполнительного манипулятора сервисного спутника в процессе выполнения целевого обслуживания НКА без потери устойчивости системы при неизвестных задержках в канале связи.

3. Разработка метода снижения нагрузки на человека-оператора в процессе дистанционного управления манипулятором сервисного спутника без потери адекватности восприятия человеком-оператором удаленной среды при контакте ИУ с препятствием и обеспечение устойчивости подсистемы, состоящей из ЗУ и оператора, за счет использования нелинейного закона управления.

4. Создан полунатурный стенд, реализованной в среде научных вычислений МЛ^ЛВ Simulink с анимацией динамики в симуляторе роботов V-Rep.

Объект исследования. В качестве основного объекта исследования в диссертации рассматривается система дистанционного управления свободнолетающим космическим манипуляционным роботом.

Методология и методы исследования. За основу взяты методология теории робототехнических систем, методология дистанционного управления манипулятором с запаздыванием, теория пассивных систем, метод пассификации для обеспечения устойчивости сервисного спутника с установленным на нем манипулятором. В качестве основных инструментов математического аппарата использовались численные методы математического анализа, линейной алгебры и теории дифференциальных уравнений.

Для экспериментального исследования адекватности разработанных автором математических моделей и работоспособности алгоритмов использовались компьютерное моделирование и полунатурные эксперименты.

Научная новизна.

1. Предложена трехуровневая математическая модель системы дистанционного управления сервисным спутником, отличающаяся учетом взаимного влияния движения сервисного спутника и установленного на нем исполнительного манипулятора.

2. Предложена модификация метода пассификации, обеспечивающая устойчивость и точность позиционирования исполнительного манипулятора

сервисного спутника с подвижным основанием в процессе выполнения целевого сервисного обслуживания некооперируемого космического аппарата.

3. Разработан метод управления задающим устройством с использованием нелинейного закона управления, позволяющий снизить нагрузку на оператора при управлении задающим устройством без потери адекватности восприятия оператором удаленной среды (прозрачности) при контакте исполнительного устройства с препятствием.

Сделан вывод об адекватности разработанных автором математических моделей и методов, а также о работоспособности предложенных автором алгоритмов дистанционного управления на основании проведенных численных и натурных экспериментов.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечены корректным применением использованных в работе теоретических методов, а также подтверждены полученными в диссертации результатами численного моделирования и проведенными полунатурными экспериментами.

Положения, выносимые на защиту:

1. Трехуровневая математическая модель системы дистанционного управления сервисным спутником, состоящая из, модели управления движением сервисного спутника, учитывающей взаимное влияние сервисного спутника и установленного на нем исполнительного манипулятора, моделей управления двигательной установкой (ДУ) сервисного спутника и дистанционного управления исполнительным манипулятором (ИМ) сервисного спутника.

2. Алгоритм дистанционного управления сервисным спутником учитывает влияние на НКА движений манипулятора при временных задержках передачи сигнала в канале связи и повышает точность позиционирования манипулятора.

3. Метод устойчивого управления ЗУ для снижения нагрузки на оператора без потери адекватности восприятия оператором удаленной среды и алгоритмы его реализации.

4. Модифицированный метод пассификации обеспечивает точность позиционирования исполнительного манипулятора сервисного спутника в процессе выполнения им целевого обслуживания НКА без потери устойчивости системы при неизвестных задержках в канале связи.

Теоретическая и практическая значимость результатов исследования.

Разработанные алгоритмы дистанционного управления сервисным спутником позволяют управлять движением сервисного спутника при сближении с некооперируемым космическим аппаратом осуществляют устойчивое управления сервисным спутником с учетом взаимного влияния на него движения манипулятора при временных задержках передачи сигналов в канале связи и повышают точность позиционирования манипулятора. Разработанный метод позволяет снизить нагрузку на оператора при его работе с системой без потери адекватности восприятия оператором удаленной среды. Созданная трехуровневая математическая модель применена для отработки алгоритмов дистанционного управления сервисным спутником. Предложенные методы могут быть также применены в оборонных целях для управления военными спутниками и дронами.

Результаты работы использованы в научно-исследовательской работе (НИР) по Гранту № 14366 ГУ / 2019 Фонда содействия инновациям Технет-НТИ «УМНИК-2018» на тему «Разработка программного обеспечения для системы дистанционного управления роботом-манипулятором с силомоментным очувствлением в условиях неизвестных задержек при передаче данных». В работе применен разработанный метод снижения нагрузки на человека-оператора без потери адекватности восприятия им удаленной среды, и показано, как нагрузка на человека-оператора снижается при введении нелинейного закона изменения силы воздействия оператора.

Результаты дисссертационной работы использованы в (НИР) по Гранту РФФИ «Аспиранты-2020» № 20-38-90261 на тему «Разработка и исследование алгоритмов многокритериальной оптимизации системы управления свободнолетающим сервисным спутником при сближении и захвате

некооперируемого спутник», в рамках которой предложены алгоритмы автоматического управления сервисным спутником при сближении с НКА. Показано повышение точности позиционирования исполнительного манипулятора при использовании метода пассификации канала связи и компенсации ошибки положения исполнительного манипулятора.

Результаты работы использованы в ООО "Телеконт", г. Жуковский, при проектировании систем управления манипулятором, а также в учебном процессе на кафедре систем автоматического управления факультета "Информатика и системы управления" МГТУ им. Н.Э. Баумана в рамках дисциплины «Основы управления летательным аппаратом (ЛА)».

Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались и были обсуждены на следующих конференциях, симпозиумах и семинарах: 12th IFAC Symposium on Robot Control SYROCO 2018 (Budapest, Hungary, 27-30 August 2018) [33]; Академические чтения по космонавтике, посвященные памяти академика С.П. Королева и других выдающихся отечественных ученых -пионеров освоения космического пространства (Москва, 2019, 2020, 2021, 2022, 2023, 2025) [47-52]; 1-ая Межвузовская конференция на английском языке "Science, Engineering and Business" (Москва, 16 - 17 апреля 2019 г.) [53]; 12-я Мультиконференция по проблемам управления (МКПУ) (Геленджик, 23-28 сентября 2019 г.) [54]; 13-я Мультиконференция по проблемам управления (МКПУ), конференция «Управление в аэрокосмических системах» имени академика Е.А. Микрина (УАКС-2020) (Санкт-Петербург, 2020, 2022) [55; 56].

Публикации. По результатам исследования опубликованы 18 статей в рецензируемых научных журналах (ВАК, Scopus, Web of Science) [33; 47-52; 5464], из них 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства науки и высшего образования РФ, и 5 статей в зарубежных изданиях, входящих в международные базы цитирования Web of Science, Scopus. Зарегистрирована программа для ЭВМ [65].

Личный вклад автора. Автор разработала трехуровневую математическую модель системы дистанционного управления сервисным

спутником, отличающуюся от известных учетом взаимного влияния сервисного спутника и установленного на нем исполнительного манипулятора, предложила и реализовала в алгоритме модификацию метода пассификации путем введения в схему дополнительного источника скорости, обеспечивающего необходимые устойчивость и точность позиционирования исполнительного манипулятора сервисного спутника с подвижным основанием в процессе выполнения целевого обслуживания некооперируемого космического аппарата без потери устойчивости системы при неизвестных задержках в канале связи, разработала и реализовала в алгоритме метод управления задающим устройством манипулятора, отличающийся от известных тем, что метод позволяет снизить нагрузку на оператора при его работе с системой без потери адекватности восприятия оператором удаленной среды при контакте исполнительного устройства с препятствием, и обеспечивает устойчивость подсистемы, состоящей из задающего устройства и оператора, для чего применен модифицированный метод пассификации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и библиографии. Общий объем диссертации 139 страниц, из них 121 страниц текста, включая 55 рисунка. Библиография включает 136 наименований на 18 страницах.

ГЛАВА 1. ЗАДАЧА УПРАВЛЕНИЯ СВОБОДНОЛЕТАЮЩИМ КОСМИЧЕСКИМ МАНИПУЛЯЦИОННЫМ РОБОТОМ НА ЭТАПЕ СЕРВИСНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

В главе описан состав объекта управления, проведен обзор основных этапов сервисного обслуживания. Проведен обзор существующих подходы к решению проблем обеспечения устойчивости и прозрачности дистанционного управления манипулятором сервисного спутника, а также проблемы точности позиционирования схвата исполнительного манипулятора и снижения нагрузки на оператора при его работе с системой.

1.1 Описание объекта исследования - космического манипуляционного робота сервисного спутника и методы дистанционного

управления им

Объектом исследований в настоящей работе являются процессы управления свободнолетающим космическим манипуляционным роботом.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Козлова Наталия Юрьевна, 2025 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Указ П. Р. Ф. от 07.05. 2024 N 309" О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года". Т. 475991.

2. Прогноз долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2030 года. - 2013.

3. Белоножко, П.П. Космическая робототехника: Опыт и перспективы развития / П.П. Белоножко // Воздушно-космическая сфера. - 2018. - Т. 94. - № 1. - С. 84-93. DOI: 10.30981/2587-7992-2018-94-1-84-93.

4. Дублева, А.П. Перспективы развития орбитального обслуживания / А.П. Дублева, Д.В. Степанов, И.В. Усовик, М.В. Яковлев // 7-я международная научно-техническая конференция" КЭ Циолковский-160 лет со дня рождения. Космонавтика. Радиоэлектроника. Геоинформатика". - 2017. - С. 106-111.

5. Шустов, Б.М. О фундаментальных исследованиях по проблеме космического мусора / Б.М. Шустов // Космический мусор: фундаментальные и практические аспекты угрозы Космический мусор: фундаментальные и практические аспекты угрозы. - Институт космических исследований РАН, 2019. - С. 7-14.

6. Ячменникова, Н. «Роскосмос»: Растущее число космического мусора размером от одного сантиметра на орбите несет угрозу доступу в космос.

7. Виноградов, П.В. Актуальные направления развития космической робототехники / П.В. Виноградов, А.Б. Железняков, Б.А. Спасский // Робототехника и техническая кибернетика. - 2015. - № 4. - С. 3-12.

8. Сомов, Е.И. Управление космическим роботом-манипулятором при встрече и механическом захвате пассивного спутника / Е.И. Сомов, С.А. Бутырин, С.Е. Сомов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2018. - Т. 20. - № 6. - С. 202-209.

9. Бутырин, С.А. Управление роботом-манипулятором при смене топливных баков двигательной установки геостационарного спутника / С.А.

Бутырин, Е.И. Сомов, С.Е. Сомов, Т.Е. Сомова // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2022. - Т. 24. - № 1. - С. 96-104. DOI: 10.37313/1990-5378-2022-24-1-96-104.

10. Сомов, Е.И. Наведение и управление мини-спутниками в низкоорбитальной группировке землеобзора / Е.И. Сомов, С.А. Бутырин, Т.Е. Сомова, С.Е. Сомов // Управление движением и навигация летательных аппаратов: сб. тр. XXVI Всерос. семинара по управлению движением и навигации летат. аппаратов. - Самара : Изд-во Самар. ун-та, 2023., 2023. - С. 4957.

11. Borovin, G.K. Optimal attitude control of two pivotally connected bodies in the supportless phase of motion / G.K. Borovin, V.V. Lapshin // Journal of Computer and Systems Sciences International. - 2014. - Vol. 53. - № 4. - P. 610-622. DOI: 10.1134/S1064230714040042.

12. Рутковский, В.Ю. К задаче управления маломерным свободнолетающим космическим роботом / В.Ю. Рутковский, В.М. Суханов, В.М. Глумов // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2015. - Т. 16. - № 3.

13. Заборовский, В.С. Удаленное управление робототехническими объектами в космических экспериментах серии «Контур» / В.С. Заборовский,

A.С. Кондратьев, В.А. Мулюха и др. // Информатика, телекоммуникации и управление. - 2012. - № 6 (162). - С. 23-32.

14. Андрианов, Ю.Д. Робототехника / Ю.Д. Андрианов, Э.П. Бобриков,

B.Н. Гончаренко. - Москва: Машиностроение. - 1984. - 288 с.

15. Кулешов, В.С. Дистанционно управляемые роботы и манипуляторы / В.С. Кулешов, Н.А. Лакота, В.В. Андрюнин. - Москва: Машиностроение. -1986. - 328 с.

16. Медведев, В.С. Системы управления манипуляционных роботов / В.С. Медведев, А.Г. Лесков, А.С. Ющенко; Е.П. Попов ред. . - М.: Наука, 1978.

17. Юревич, Е.И. Основы робототехники / Е.И. Юревич. - СПб: БХВ-Петербург. - 2005.

18. Алферов, Г.В. Информационные системы виртуальной реальности в мехатронике и робототехнике : в СПб: СОЛО т. / Г.В. Алферов, Ф.М. Кулаков, А.И. Нечаев, С.Э. Чернакова. - 2006. - Т. 1-СПб: СОЛО.

19. Игнатьев, М.Б. Алгоритмы управления роботами-манипуляторами / М.Б. Игнатьев, Ф.М. Кулаков, А.М. Покровский. - Л.: Машиностроение. - 1972. - 248 с.

20. Даляев, И.Ю. Технический облик средств робототехнического обеспечения сервисного спутника, предназначенного для продления сроков активного существования космических аппаратов / И.Ю. Даляев, И.В. Шардыко, Е.М. Кузнецова // Экстремальная робототехника. Труды международной научно-технической конференции. - 2015. - С. 181-186.

21. Градовцев, А.А. Робототехническая система сервисного космического аппарата / А.А. Градовцев, И.Ю. Даляев, И.В. Шардыко. - 2015.

22. Копылов, В.М. Методы управления и планирования работы сервисного космического аппарата, оснащенного манипуляторами / В.М. Копылов, И.Ю. Даляев // Экстремальная робототехника. - 2018. - Т. 1. - № 1. -С. 59-69.

23. Копылов, В.М. Система роботизированной сборки крупногабаритных ферм, в том числе на орбите Земли или Луне / В.М. Копылов, А.Г. Почежерцев. - 2023.

24. Лопота, А.В. Робототехническая система сервисного космического аппарата с силомоментной обратной связью / А.В. Лопота, А.С. Кондратьев, А.А. Градовцев, и др. - 2017.

25. Лопота, А.В. Концептуальные вопросы разработки роботизированных систем для поиска и спасания людей, терпящих бедствие, в условиях Арктики / А.В. Лопота, П.К. Шубин // Робототехника и техническая кибернетика. - 2018. - Т. 1. - № 18. - С. 3-9.

26. Лопота, А.В. Этапы и перспективы развития модульного принципа построения робототехнических систем / А.В. Лопота, Е.И. Юревич // Научно-

технические ведомости СПбГПУ 1' 2013 Информатика. Телекоммуникации. Управление. - 2013. - Т. 1. - С. 98-103.

27. Юревич, Е.И. Управление роботами и робототехническими системами: учеб. пособие / Е.И. Юревич. - 2001.

28. Яскевич, А.В. Математические модели гистерезиса, описывающие деформации механизмов для стыковки космических аппаратов / А.В. Яскевич // Труды МАИ. - 2015. - № 83. - С. 9.

29. Яскевич, А.В. Кинематическая схема стыковочного механизма типа «штырь-конус» для перспективных космических кораблей / А.В. Яскевич // Космическая техника и технологии. - 2017. - № 4 (19). - С. 95-103.

30. Голубев, Ю.Ф. Компьютерное моделирование динамики периферийного упруго-адаптивного стыковочного механизма космических аппаратов / Ю.Ф. Голубев,, А.В. Яскевич // Препринты Института прикладной математики им. МВ Келдыша РАН. - 2019. - С. 76-34.

31. Ishii, T. Bilateral control with local force feedback for delay-free teleoperation / T. Ishii, S. Katsura. - [Электронный ресурс] // 2012 12th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control (AMC) 2012 12th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control (AMC). - Sarajevo, Bosnia and Herzegovina : IEEE, 2012. - С. 1-6. - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/6197100/ (дата обращения: 11.02.2025).

32. Tobergte, A. The sigma.7 haptic interface for MiroSurge: A new bimanual surgical console / A. Tobergte, P. Helmer, U. Hagn и др. - [Электронный ресурс] // 2011 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems 2011 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2011). - San Francisco, CA : IEEE, 2011. - The sigma.7 haptic interface for MiroSurge. - С. 3023-3030. - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/6094433/ (дата обращения: 11.02.2025).

33. Balachandran, R. Non-Linear Local Force Feedback Control for Haptic Interfaces / R. Balachandran, N. Kozlova, C. Ott, A. Albu-Schaeffer // IFAC-

PapersOnLine. - 2018. - Vol. 51. - № 22. - P. 486-492. DOI: 10.1016/j.ifacol.2018.11.587.

34. Reintsema, D. DLR's Advanced Telerobotic Concepts and Experiments for On-Orbit Servicing / D. Reintsema, K. Landzettel, G. Hirzinger // Advances in Telerobotics : Springer Tracts in Advanced Robotics / M. Ferre et al. eds. . - Berlin, Heidelberg : Springer Berlin Heidelberg, 2007. - Vol. 31. - P. 323-345.

35. Reintsema, D. DEOS - The German Robotics Approach to Secure and De-Orbit Malfunctioned Satellites from Low Earth Orbits / D. Reintsema, J. Thaeter, A. Rathke et al.

36. Kelm, B.E. FREND: Pushing the Envelope of Space Robotics / B.E. Kelm, J.A. Angielski, S.T. Butcher, и др. - Naval Research Laboratory, Washington, DC, NRL Review, 2008.

37. Rekleitis, I. Autonomous capture of a tumbling satellite / I. Rekleitis, E. Martin, G. Rouleau et al. // Journal of Field Robotics. - 2007. - Vol. 24. - № 4. -P. 275-296. DOI: 10.1002/rob.20194.

38. Artigas, J. KONTUR-2: Force-feedback teleoperation from the international space station / J. Artigas, R. Balachandran, C. Riecke и др. -[Электронный ресурс] // 2016 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) 2016 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). - Stockholm, Sweden : IEEE, 2016. - KONTUR-2. - С. 1166-1173. - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/7487246/ (дата обращения: 11.02.2025).

39. Hulin, T. The DLR bimanual haptic device with optimized workspace / T. Hulin, K. Hertkorn, P. Kremer и др. - [Электронный ресурс] // 2011 IEEE International Conference on Robotics and Automation 2011 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). - Shanghai, China : IEEE, 2011. -С. 3441-3442. - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/5980066/ (дата обращения: 11.02.2025).

40. Panzirsch, M. Integrating Measured Force Feedback in Passive Multilateral Teleoperation / M. Panzirsch, T. Hulin, J. Artigas и др. - [Электронный

ресурс] // Haptics: Perception, Devices, Control, and Applications : Lecture Notes in Computer Science / F. Bello и др. ред. . - Cham : Springer International Publishing, 2016. - Т. 9774. - С. 316-326. - Режим доступа: http://link.springer.com/10.1007/978-3-319-42321 -0_29 (дата обращения: 11.02.2025).

41. Hannaford, B. Time-domain passivity control of haptic interfaces / B. Hannaford, Jee-Hwan Ryu // IEEE Transactions on Robotics and Automation. - 2002.

- Т. 18. - № 1. - С. 1-10. DOI: 10.1109/70.988969.

42. Willems, J.C. Dissipative dynamical systems part I: General theory / J.C. Willems // Archive for Rational Mechanics and Analysis. - 1972. - Vol. 45. -Dissipative dynamical systems part I. - № 5. - P. 321-351. DOI: 10.1007/BF00276493.

43. Андриевский, Б.Р. Метод пассификации в задачах синхронизации и оценивания состояния нелинейных систем по цифровому каналу связи / Б.Р. Андриевский, А.Л. Фрадков // Управление большими системами. - 2011. - № 35.

- С. 20-58.

44. Андриевский, Б.Р. Методы анализа и синтеза нелинейных систем управления / Б.Р. Андриевский, А.А. Бобцов, А.Л. Фрадков. - Издательство «ИКИ». - 2018. - 335 с.

45. Катькалов, В.Б. Обслуживаемый космос. Новые достижения и перспективы / В.Б. Катькалов, М.Л. Морозова // Космические аппараты и технологии. - 2022. - Т. 6. - № 3. - С. 206-217. DOI: 10.26732/j.st.2022.3.06.

46. Иванов, В.Л. Космос - сфера вооруженной борьбы / В.Л. Иванов, И.Н. Голованов, М.И. Макаров, Н.Б. Щербаков. - 2 испр. - М: НИИ КС, 2020.

47. Козлова, Н.Ю. Перспективные задачи сервисного обслуживания для продления срока эксплуатации космических аппаратов. / Н.Ю. Козлова, А.В. Фомичев // XLIV Академические чтения по космонавтике. - Москва: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020. - Т. 2. - С. 218-220.

48. Козлова, Н.Ю. Управление движением сервисного спутника на этапе дальнего наведения / Н.Ю. Козлова, А.В. Фомичев // XLVI Академические

чтения по космонавтике, посвященные памяти академика СП Королёва и других выдающихся отечественных ученых—пионеров освоения XLVI Академические чтения по космонавтике, посвященные памяти академика СП Королёва и других выдающихся отечественных ученых—пионеров освоения. - 2022. - С. 449.

49. Козлова, Н.Ю. Разработка системы дистанционного управления космическим роботом-манипулятором с силомоментным очувствлением / Н.Ю. Козлова, А.В. Фомичев // XLIII Академические чтения по космонавтике XLIII Академические чтения по космонавтике. - 2019. - С. 103-105.

50. Козлова, Н.Ю. Алгоритмизация наведения и управления движением сервисного спутника при сближении с некооперируемым космическим аппаратом / Н.Ю. Козлова, А.В. Фомичев // XLVII Академические чтения по космонавтике. - Москва, 2023. - Т. 3. - С. 139-140.

51. Козлова, Н.Ю. Управление сервисным спутником при сближении с некооперируемым космическим аппаратом. / Н.Ю. Козлова, А.В. Фомичев // XLV Академические чтения по космонавтике. - Москва : Москва : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021. - Т. 3. - С. 371-372.

52. Козлова, Н.Ю. Обеспечение точности позиционирования исполнительного манипулятора космического манипуляционного / Н.Ю. Козлова // XLIX Академические чтения по космонавтике, посвященные памяти академика С.П. Королёва и других выдающихся отечественных ученых— пионеров освоения космоса. - 2025.

53. Kozlova, N.U. Space teleoperation with force control / N.U. Kozlova, A.V. Fomichev // 1-ая Межвузовская конференция на английском языке "Science, Engineering and Business". - Москва, 2019.

54. Козлова, Н.Ю. Повышение эффективности дистанционного управления свободнолетащим космическим манипуляционным роботом. / Н.Ю. Козлова, А.В. Фомичев // XII мультиконференция по проблемам управления (МКПУ-2019). - Дивноморское, Геленджик : Ростов-на-Дону; Таганрог: Изд-во Южного федерального университета, 2019. - Т. 4. - С. 47-49.

55. Козлова, Н.Ю. Разработка математической модели системы управления свободнолетающим космическим манипуляционным роботом при сближении с некооперируемым спутником / Н.Ю. Козлова, А.В. Фомичев // «Управление в аэрокосмических системах» (УАКС-2020) имени академика Е.А. Микрина. - СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2020. - С. 38-60.

56. Козлова, Н.Ю. Разработка алгоритмов управления движением сервисного спутника / Н.Ю. Козлова, А.В. Фомичев // «Управление в аэрокосмических системах» (УАКС-2022) имени академика Е.А. Микрина». -СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2022. - С. 87-90.

57. Kozlova, N.Yu. Development of the remote control system of the free-flying space manipulation robot with force feedback / N.Yu. Kozlova, A.V. Fomichev // XLIII ACADEMIC SPACE CONFERENCE: dedicated to the memory of academician S.P. Korolev and other outstanding Russian scientists - Pioneers of space exploration. - Moscow, Russia, 2019. - С. 150005.

58. Козлова, Н.Ю. Методы повышения эффективности дистанционного управления свободнолетащим космическим манипуляционным роботом / Н.Ю. Козлова, А.В. Фомичев // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2019. - Т. 7. -№ 209. - С. 189-200.

59. Kozlova, N.Yu. Promising on-orbit servicing tasks for spacecraft life extension / N.Yu. Kozlova, A.V. Fomichev. - [Электронный ресурс] // XLIV ACADEMIC SPACE CONFERENCE: dedicated to the memory of academician S.P. Korolev and other outstanding Russian scientists - Pioneers of space exploration. -Moscow, Russia, 2021. - С. 130008. - Режим доступа: https://pubs.aip.org/aip/acp/article/892738 (дата обращения: 23.06.2024).

60. Kozlova, N.Yu. Service satellite control in Rendezvous with a non-cooperative spacecraft / N.Yu. Kozlova, A.V. Fomichev // Xlv academic space conference, dedicated to the memory of academician s.p. korolev and other outstanding national scientists — pioneers of space exploration. - Moscow, Russia, 2023. -С. 150015.

61. Kozlova, N.Yu. Mathematical model of free-flying space manipulation robot when approaching a non-cooperative spacecraft / N.Yu. Kozlova, A.V. Fomichev // Journal of Physics: Conference Series. - 2021. - Т. 1864. - № 1. - С. 012131. DOI: 10.1088/1742-6596/1864/1/012131.

62. Козлова, Н.Ю. Алгоритмизация наведения и управления движением космическим манипуляционным роботом в задачах сервисного обслуживания некооперируемого космического аппарата / Н.Ю. Козлова, А.В. Фомичев // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2023. - Т. 24. - № 4. - С. 216-224. DOI: 10.17587/mau.24.216-224.

63. Козлова, Н.Ю. Использование модифицированного метода пассификации канала связи для компенсации случайных задержек в системе дистанционного управления космическим манипулятором / Н.Ю. Козлова, Е.В. Смирнова // Перспективы науки. - 2023. - Т. 11. - № 170. - С. 34-41.

64. Козлова, Н.Ю. Алгоритм снижения утомляемости человека при работе с тактильным интерфейсом системы дистанционного управления / Н.Ю. Козлова, Е.В. Смирнова // Перспективы науки. - 2023. - Т. 11. - № 170. - С. 2934.

65. Козлова, Н.Ю. Программа для моделирования алгоритмов дистанционного управления манипуляционным роботом / Н.Ю. Козлова, А.В. Фомичев. - 2021.

66. Попов, Е.П. Роботы и человек / Е.П. Попов, А.С. Ющенко. - Наука,

1984.

67. Белоножко, П.П. Космическая робототехника для монтажа и сервиса. Потенциальные задачи, концепции перспективных систем / П.П. Белоножко // Воздушно-космическая сфера. - 2019. - Т. 2. - № 99. - С. 84-97.

68. Lyu, D. Navigation and Control Scheme for Space Rendezvous and Docking With Maneuvering Noncooperative Target Based on Dynamic Compensation / D. Lyu, J. Wang, Z. He и др. // IEEE Access. - 2020. - Т. 8. - С. 30174-30186. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2972030.

69. Boyarko, G. Optimal Rendezvous Trajectories of a Controlled Spacecraft and a Tumbling Object / G. Boyarko, O. Yakimenko, M. Romano // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. - 2011. - Vol. 34. - № 4. - P. 1239-1252. DOI: 10.2514/1.47645.

70. Xu, W. Autonomous rendezvous and robotic capturing of non-cooperative target in space / W. Xu, B. Liang, C. Li, Y. Xu // Robotica. - 2010. - Vol. 28. - № 5. - P. 705-718. DOI: 10.1017/S0263574709990397.

71. Han, D. Trajectory prediction of space robot for capturing non-cooperative target / D. Han, P. Huang // 2017 18th International Conference on Advanced Robotics (ICAR) 2017 18th International Conference on Advanced Robotics (ICAR). - Hong Kong, China : IEEE, 2017. - С. 328-333.

72. Arantes, G. Guidance and Control of Position and Attitude for Rendezvous and Dock/Berthing with a Noncooperative/Target Spacecraft / G. Arantes, L.S. Martins-Filho // Mathematical Problems in Engineering. - 2014. - Vol. 2014. -P. 1-8. DOI: 10.1155/2014/508516.

73. Voronov, E.M. A Coordinated Stable-Effective Compromises Based Methodology of Design and Control in Multi-object Systems / E.M. Voronov, V.A. Serov. - [Электронный ресурс] // Smart Electromechanical Systems : Studies in Systems, Decision and Control / A.E. Gorodetskiy, I.L. Tarasova ред. . - Cham : Springer International Publishing, 2019. - Т. 174. - С. 147-157. - Режим доступа: (дата обращения: 02.07.2024).

74. Ungureanu, V. Pareto-Nash-Stackelberg game and control theory. Т. 80 / V. Ungureanu. - Springer, 2018.

75. Smith, J.M. Closer Control of Loops with Dead Time / J.M. Smith // Chemical Engineering Progress. - 1957. - Т. 53. - № 5.

76. Rivals, I. Nonlinear internal model control using neural networks: application to processes with delay and design issues / I. Rivals, L. Personnaz // IEEE Transactions on Neural Networks. - 2000. - Т. 11. - Nonlinear internal model control using neural networks. - № 1. - С. 80-90. DOI: 10.1109/72.822512.

77. Huang, J.-Q. Neural-network predictive control for nonlinear dynamic systems with time-delay / J.-Q. Huang, F.L. Lewis // IEEE Transactions on Neural Networks. - 2003. - Т. 14. - № 2. - С. 377—389.

78. Fite, K.B. Transparent telemanipulation in the presence of time delay / K.B. Fite, M. Goldfarb, A. Rubio. - [Электронный ресурс] // Proceedings 2003 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM 2003) 2003 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM 2003). - Kobe, Japan : IEEE, 2003. - С. 254-259. - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/1225104/ (дата обращения: 15.02.2025).

79. Smith, A.C. Smith Predictor Type Control Architectures for Time Delayed Teleoperation / A.C. Smith, K. Hashtrudi-Zaad // The International Journal of Robotics Research. - 2006. - Vol. 25. - № 8. - P. 797-818. DOI: 10.1177/0278364906068393.

80. Yoshida, K. Stability and tracking properties in predictive control with adaptation for bilateral teleoperation / K. Yoshida, T. Namerikawa. - [Электронный ресурс] // 2009 American Control Conference 2009 American Control Conference. -St. Louis, MO, USA : IEEE, 2009. - С. 1323-1328. - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/5160049/ (дата обращения: 15.02.2025).

81. Saint Petersburg State University. Копирующее управление удаленными роботами с задержкой в передаче сигнала / Saint Petersburg State University, Ф.М. Кулаков, Г.В. Алферов и др. // Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика. - 2019. - № 3 (46). - С. 47-55. DOI: 10.17072/1993-0550-2019-3-47-55.

82. Park, J.H. Sliding mode control of bilateral teleoperation systems with force-reflection on the Internet / J.H. Park, H.C. Cho. - [Электронный ресурс] // Proceedings. 2000 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2000) (Cat. No.00CH37113) Proceedings. 2000 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2000). -

Takamatsu, Japan : IEEE, 2000. - Т. 2. - С. 1187-1192. - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/893180/ (дата обращения: 15.02.2025).

83. Garcia-Valdovinos, L. g. Observer-based Higher-Order Sliding Mode Impedance Control of Bilateral Teleoperation under Constant Unknown Time Delay / L. g. Garcia-Valdovinos, V. Parra-Vega, M. Arteaga. - [Электронный ресурс] // 2006 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems 2006 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. - Beijing, China : IEEE, 2006. - С. 1692-1699. - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/4058619/ (дата обращения: 15.02.2025).

84. Salcudean, S.E. Stability guaranteed teleoperation: an adaptive motion/force control approach / S.E. Salcudean, Wen-Hong Zhu // IEEE Transactions on Automatic Control. - 2000. - Т. 45. - Stability guaranteed teleoperation. - № 11. -С. 1951-1969. DOI: 10.1109/9.887620.

85. Sano, A. Gain-scheduled compensation for time delay of bilateral teleoperation systems / A. Sano, H. Fujimoto, M. Tanaka. - [Электронный ресурс] // Proceedings. 1998 IEEE International Conference on Robotics and Automation (Cat. No.98CH36146) IEEE International Conference on Robotics and Automation. -Leuven, Belgium : IEEE, 1998. - Т. 3. - С. 1916-1923. - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/680593/ (дата обращения: 15.02.2025).

86. Халил, Х.К. Нелинейные системы/ пер. с англ. И. А. Макарова; под ред. А. Л. Фрадкова / Х.К. Халил. - Москва; Ижевск: Ин-т компьютерных исслед., 2009. - 812 с.

87. Попов, В.М. Об одной задаче теории абсолютной устойчивости регулируемых систем / В.М. Попов // Автомат. и телемех. - 1964. - Т. 25. - № 9.

88. Anderson, R.J. Bilateral control of teleoperators with time delay / R.J. Anderson, M.W. Spong // IEEE Transactions on Automatic Control. - 1989. - Т. 34. - № 5. - С. 494-501. DOI: 10.1109/9.24201.

89. Niemeyer, G. Stable adaptive teleoperation / G. Niemeyer, J.-J.E. Slotine // IEEE Journal of Oceanic Engineering. - 1991. - Т. 16. - № 1. - С. 152-162. DOI: 10.1109/48.64895.

90. Андриевский, Б.Р. Метод пассификации в задачах синхронизации и оценивания состояния нелинейных систем по цифровому каналу связи / Б.Р. Андриевский, А.Л. Фрадков // Управление большими системами: сборник трудов. - № 35. - С. 20-58.

91. Niemeyer, G. Telemanipulation with Time Delays / G. Niemeyer, J.-J.E. Slotine // The International Journal of Robotics Research. - 2004. - Vol. 23. - № 9. -P. 873-890. DOI: 10.1177/0278364904045563.

92. Lee, D. Passive Bilateral Teleoperation With Constant Time Delay / D. Lee, M.W. Spong // IEEE Transactions on Robotics. - 2006. - Т. 22. - № 2. - С. 269281. DOI: 10.1109/TR0.2005.862037.

93. Ching, H. Internet-Based Bilateral Teleoperation Based on Wave Variable With Semi-Adaptive Predictor and Direct Drift Control / H. Ching, W.J. Book. -[Электронный ресурс] // Dynamic Systems and Control, Parts A and B ASME 2005 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. - Orlando, Florida, USA : ASMEDC, 2005. - С. 1523-1532. - Режим доступа: https://asmedigitalcollection.asme.org/IMECE/proceedings/IMECE2005/42169/1523 /311692 (дата обращения: 16.02.2025).

94. Hokayem, P.F. Bilateral teleoperation: An historical survey / P.F. Hokayem, M.W. Spong // Automatica. - 2006. - Vol. 42. - Bilateral teleoperation. -№ 12. - P. 2035-2057. DOI: 10.1016/j.automatica.2006.06.027.

95. Hastrudi-Zaad, K. On the use of local force feedback for transparent teleoperation / K. Hastrudi-Zaad, S.E. Salcudean. - [Электронный ресурс] // Proceedings 1999 IEEE International Conference on Robotics and Automation (Cat. No.99CH36288C) International Conference on Robotics and Automation. - Detroit, MI, USA : IEEE, 1999. - Т. 3. - С. 1863-1869. - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/770380/ (дата обращения: 16.02.2025).

96. Hashtrudi-Zaad, K. Transparency in time-delayed systems and the effect of local force feedback for transparent teleoperation / K. Hashtrudi-Zaad, S.E. Salcudean // IEEE Transactions on Robotics and Automation. - 2002. - Т. 18. - № 1. - С. 108-114. DOI: 10.1109/70.988981.

97. Kaneko, K. Macro-micro bilateral teleoperation based on operational force feedforward-operational force feedforward bilateral teleoperation and its dexterity / K. Kaneko, H. Tokashiki, K. Tanie, K. Komoriya. - [Электронный ресурс] // Proceedings. 1998 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Innovations in Theory, Practice and Applications (Cat. No.98CH36190) Proceedings. 1998 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Innovations in Theory, Practice and Applications. - Victoria, BC, Canada : IEEE, 1998. - Т. 3. - С. 1761-1769. - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/724852/ (дата обращения: 16.02.2025).

98. Colgate, J.E. Robust impedance shaping telemanipulation / J.E. Colgate // IEEE Transactions on Robotics and Automation. - 1993. - Т. 9. - № 4. - С. 374-384. DOI: 10.1109/70.246049.

99. Abdossalami, A. Adaptive Control of Haptic Interaction with Impedance and Admittance Type Virtual Environments / A. Abdossalami, S. Sirouspour. -[Электронный ресурс] // 2008 Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems IEEE Haptics Symposium 2008. - Reno, NE : IEEE, 2008. - С. 145-152. - Режим доступа: https://ieeexplore.ieee.org/document/4479935/ (дата обращения: 16.02.2025).

100. Ueberle, M. Design, control, and evaluation of a new 6 DOF haptic device / M. Ueberle, M. Buss. - [Электронный ресурс] // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and System IROS 2002: IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. - Lausanne, Switzerland : IEEE, 2002. - Т. 3. -С. 2949-2954. - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/1041720/ (дата обращения: 16.02.2025).

101. Gil, J.J. Decreasing the Apparent Inertia of an Impedance Haptic Device by Using Force Feedforward / J.J. Gil, A. Rubio, J. Savall // IEEE Transactions on Control Systems Technology. - 2009. - Т. 17. - № 4. - С. 833-838. DOI: 10.1109/TCST.2008.2000984.

102. Clark, J.W. The Mobot, a Fully Remote, Mobile Handling Device / J.W. Clark. - Calif. : Nuclear Electronics Laboratory, Hughes Aircraft Co., .

103. Mosher, R.S. Operator/Machine Relationships in Manipulators / R.S. Mosher. - Ordnance Dept., General Electric Co., 1962.

104. Sheridan, T.B. Remote Manipulative Control with Transmission Delay / T.B. Sheridan, W.R. Ferrell // EEE Transactions on Human Factors in Electronics. -1963. - Т. 4. - № 1. - С. 25-29.

105. Ferrell, W.R. Delayed Force Feedback / W.R. Ferrell // Human Factors: The Journal of the Human Factors and Ergonomics Society. - 1966. - Т. 8. - № 5. -С. 449-455.

106. Bejczy, A.K. Toward advanced teleoperation in space / A.K. Bejczy // Progress in Astronautics and Aeronautics. - 1994. - Т. 161. - С. 107.

107. Landzettel, K. A Unified Ground Control and Programming Methodology for Space Robotics Applications — Demonstrations on ETS-VII / K. Landzettel, B. Brunner, G. Hirzinger et al. - 2000.

108. Oda, M. ETS-VII, space robot in-orbit experiment satellite / M. Oda, K. Kibe, F. Yamagata. - [Электронный ресурс] // Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation IEEE International Conference on Robotics and Automation. - Minneapolis, MN, USA : IEEE, 1996. - Т. 1. - С. 739-744. -Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/503862/ (дата обращения: 14.02.2025).

109. XSS (Experimental Spacecraft System), XSS-10 XSS-11 Missions.

110. Albu-Schaffer, A. ROKVISS - robotics component verification on ISS current experimental results on parameter identification / A. Albu-Schaffer, W. Bertleff, B. Rebele и др. // Proceedings 2006 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2006. ICRA 2006. 2006 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2006. ICRA 2006. - Orlando, FL, USA : IEEE, 2006. -С. 3879-3885.

111. Заборовский, В.С. Применение киберфизического подхода в задачах сетецентрического управления роботами / В.С. Заборовский, М.Ю. Гук, В.А. Мулюха // Робототехника и техническая кибернетика. - 2014. - № 2 (3). - С. 1218.

112. Заборовский, В.С. Сетецентрические алгоритмы интерактивного управления роботами с борта МКС : Материалы XII Всероссийского совещания по проблемам управления, ВСПУ-2014 / В.С. Заборовский, М.Ю. Гук, А.С. Ильяшенко, и др. - Москва, 2014.

113. Мулюха, В.А. Результаты космического эксперимента «Контур-2» по отработке технологий удаленного управления напланетными робототехническими объектами / В.А. Мулюха, В.С. Заборовский, М.Ю. Гук // Известия ЮФУ. Технически науки. - 2017.

114. Flores-Abad, A. A review of space robotics technologies for on-orbit servicing / A. Flores-Abad, O. Ma, K. Pham, S. Ulrich // Progress in Aerospace Sciences. - 2014. - Vol. 68. - P. 1-26. DOI: 10.1016/j.paerosci.2014.03.002.

115. Potter, S.D. Orbital express: leading the way to a new space architecture / S.D. Potter, P.O. Box.

116. Caswell, D. ConeXpress Orbital Life Extension Vehicle - a commercial service for communications satellites / D. Caswell, G. Visentin, G. Ortega и др. // ESA Bulletin. - 2006. - Т. 127. - С. 54-61.

117. Benedict, B.L. Rationale for Need of In-Orbit Servicing Capabilities for GEO Spacecraft / B.L. Benedict. - [Electronic resource] // AIAA SPACE 2013 Conference and Exposition AIAA SPACE 2013 Conference and Exposition. - San Diego, CA : American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2013. - Mode of access: https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/6.2013-5444 (date of access: 14.02.2025).

118. Gregory, T. Thermal Design Considerations of the Robotic Refueling Mission (RRM) / T. Gregory, M. Newman. - [Electronic resource] // 41st International Conference on Environmental Systems 41st International Conference on Environmental Systems. - Portland, Oregon : American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2011. - Mode of access: https://arc.aiaa.org/doi/10.2514Z6.2011-5072 (date of access: 14.02.2025).

119. Mission Extension Vegicle.

120. Barnett, D.L. Space drone adaptable servicing spacecraft / D.L. Barnett, D. Campbell, O. Azriel, A. Halsband // ESA Clean Space Industrial Day. - 2018.

121. Roesler, G. Robotic servicing of geosynchronous satellites (RSGS) / G. Roesler.

122. Reed, B.B. The Restore-L Servicing Mission / B.B. Reed, R.C. Smith, B.J. Naasz et al. // AIAA SPACE 2016 AIAA SPACE 2016. - Long Beach, California : American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2016.

123. Zelentsov, V. Spacecrafts service operations as a solution for space debris problem / V. Zelentsov, G. Shcheglov, V. Mayorova, T. Biushkina.

124. Китай продолжает испытания своего многоразового космического корабля CSSHQ. - 2023.

125. Русский космос. К высоким широтам. - 2022. - № август.

126. Российская орбитальная станция может стать базой для ремонта спутников. - 2023.

127. Жога, В.В. Динамическая модель подводного робота с манипуляторами / В.В. Жога, Н.Г. Шаронов, И.П. Вершинина // ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ. - 2023. - № 9(280). - С. 31-33. DOI: 10.35211/1990-5297-2023-9-28031-33.

128. Лурье, A.fr Aналитическая механика / A.fr Лурье. - М: Наука, Физматлит, 1961. - 824 с.

129. Колюбин, СА. Динамика робототехнических систем / СА. Колюбин. - 2017.

130. Hill, D. The stability of nonlinear dissipative systems / D. Hill, P. Moylan // IEEE Transactions on Automatic Control. - 1976. - Vol. 21. - № 5. - P. 708-711. DOI: 10.1109/TAC.1976.1101352.

131. Chawda, V. Position Synchronization in Bilateral Teleoperation Under Time-Varying Communication Delays / V. Chawda, M.K. OMalley // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. - 2015. - Т. 20. - № 1. - С. 245-253. DOI: 10.1109/TMECH.2014.2317946.

132. Ye, Y. Bilateral Teleoperation With Time-Varying Delay: A Communication Channel Passification Approach / Y. Ye, Y.-J. Pan, T. Hilliard // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. - 2013. - Т. 18. - Bilateral Teleoperation

With Time-Varying Delay. - № 4. - С. 1431-1434. DOI: 10.1109/TMECH.2013.2255882.

133. Chopra, N. Synchronization of bilateral teleoperators with time delay / N. Chopra, M.W. Spong, R. Lozano // Automatica. - 2008. - Vol. 44. - № 8. - P. 21422148. DOI: 10.1016/j.automatica.2007.12.002.

134. Artigas, J. Position drift compensation in time domain passivity based teleoperation / J. Artigas, Jee-Hwan Ryu, C. Preusche. - [Электронный ресурс] //

2010 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems 2010 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2010). -Taipei : IEEE, 2010. - С. 4250-4256. - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/5652691/ (дата обращения: 09.03.2025).

135. Chawda, V. Compensating position drift in Time Domain Passivity Approach based teleoperation / V. Chawda, Ha Van Quang, M.K. O'Malley, J.-H. Ryu // 2014 IEEE Haptics Symposium (HAPTICS) 2014 IEEE Haptics Symposium (HAPTICS). - Houston, TX, USA : IEEE, 2014. - С. 195-202.

136. Saeedi, S. Neural network-based multiple robot Simultaneous Localization and Mapping / S. Saeedi, L. Paull, M. Trentini, H. Li. - [Электронный ресурс] // 2011 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems

2011 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2011). - San Francisco, CA : IEEE, 2011. - С. 880-885. - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/6094710/ (дата обращения: 09.03.2025).