Workspace analysis and trajectory optimization for a dual-arm space manipulator

The research on Space Manipulator Systems for On-Orbit Servicing is a thriving field, that may lead to new ways to repair, assembly, refuel or deorbit satellites, changing the way in which the space field operates. This thesis, which is divided in two parts, is inserted in this vast research field. In the first part a methodology to calculate the volume of the workspace of redundant manipulators is presented. The computation is carried on through a random analysis of the possible end-effector positions and exploits the properties of convex hulls. The methodology described allows to select, among a series of different combinations, the architecture for a dual-arm Space Manipulator System that maximizes the volume of the workspace shared by the two robotic arms. In the second part of the thesis the newly found optimal architecture is used as the basis for the development of a trajectory optimization algorithm with the scope of maximizing the manipulabilty of the robotic arms during their motion.

La ricerca sui Sistemi di Manipolatori Spaziali per l’On-Orbit Servicing è un campo in crescita, che potrebbe portare a nuovi modi di riparare, assemblare, rifornire e deorbitare satelliti, cambiando il modo in cui opera il settore spaziale. Questa tesi, che si divide in due parti, si inserisce in questo vasto filone di ricerca. Nella prima parte viene presentata una metodologia per calcolare il volume del workspace dei manpolatori ridondanti. Il calcolo viene svolto attraverso un’analisi randomica delle possibili posizioni dell’end-effector, e sfrutta le proprietà dei gusci convessi. Il metodo descritto permette di selezionare, da un’insieme di diverse combinazioni, l’architettura di un Sistema di Manipolatori Spaziali a due bracci che massimizzi il volume del workspace condiviso da entrambi i bracci. Nella seconda parte della tesi questa architettura viene usata come sistema base su cui sviluppare un algoritmo per l’ottimizzazione di traiettoria che massimizzi la manipolabilità dei bracci robotici durante il moto.