Design and test of a 3D printed docking mechanism for space tugs in the framework of asteroid mining

The aim of this thesis work is to design a docking mechanism within the framework of Space Tug for asteroid mining, one of the interested research topic of the company LuxSpace Sarl, where the thesis has been done. According with the company interests, a mission scenario has been identified with target one of the asteroid of the Main Belt. The successive step, before the mechanical design, was the identification of the requirements along with the functional analysis of the mechanism. Once the requirements have been set, the verification plan and the simulation cases were defined. The design of the docking mechanism was carried on and the final result was 3D plastic printed in LuxSpace. The simulations were modeled in MSC Adams, considering several nominal cases and three types of non-nominal conditions. The same cases are then repeated in Fanuc, in Echternach, with the active part of the 3D printed mechanism mounted on the LR Mate 200iD/4s robot equipped with a force sensor, and the passive part fixed at ground. The results have been processed and compared giving hints for future development of the docking mechanism.

Lo scopo della tesi è quello di progettare un meccanismo di docking per l' utilizzo di Space Tug per il mining degli asteroidi, uno dei campi di ricerca della compagnia LuxSpace Sarl, dove è stata portata a termine la tesi. In accordo con gli interessi della compagnia, è stato individuato uno scenario di missione con target uno degli asteroidi della Main Belt. Prima della progettazione meccanica sono stati identificati i requisiti ed è stata condotta l'analisi funzionale del meccanismo. Una volta che i requisiti sono stati stabiliti, si è proceduto con la definizione di un piano per la loro verifica e con i casi di simulazione necessari. A questo punto il design del meccanismo è stato portato avanti e il risultato è stato stampato in plastica con la stampante 3D presente in azienda. Le simulazioni sono state modellate in MSC Adams considerando diversi situazioni nominali e non nominali. Gli stessi casi sono poi stati ripetuti in Fanuc, ad Echternach, con la parte attiva del meccanismo di docking montata sul robot LR-Mate 200iD/4s equipaggiato con un sensore di forza, la parte passiva è stata invece fissata al terreno. I risultati sono quindi stati processato e comparati e sono stati individuati nuovi spunti per possibili sviluppi e miglioramenti futuri.