Path planning of redundant free-floating space robots with base attitude restoration and obstacle avoidance

The exploitation of autonomous satellite-mounted robotic manipulators for servicing purposes is a topic of interest for the sustainability and affordability of the space industry. These systems are able to efficiently perform activities that are either dangerous or impossible for astronauts, including repair of malfunctioning spacecrafts and removing space debris of different sizes. However, while the technology has been demonstrated and multiple missions are under development, there are no currently active spacecrafts incorporating an autonomous robotic arm. This work's aim is to propose a new approach that generates multiple possible trajectories that account for the key criticalities of Spacecraft-Manipulator Systems for the capture a target satellite. The paths are generated incrementally exploiting the sampling of the joint space, following the scheme of Rapidly-Exploring Random Tree algorithms and including the minimization of a cost function assigned to each trajectory.

L'uso di manipolatori robotici montati su satelliti per la manutenzione è un argomento di grande interesse per la sostenibilità e l'accessibilità del settore spaziale. Questi sistemi sono in grado di svolgere efficientemente attività che sono pericolose o impossibili per gli astronauti, come le riparazioni di veicoli spaziali malfunzionanti e la rimozione di detriti di diverse dimensioni. Nonostante questa tecnologia sia stata dimostrata e ci siano più missioni in fase di sviluppo, non esistono al momento satelliti attivi che incorporano un braccio robotico autonomo. L'obiettivo di questo lavoro è di proporre un nuovo approccio che generi più traiettorie che tengono in conto delle criticalità dei sistemi satellite-manipolatore per la cattura di un satellite obiettivo. Le traiettorie sono generate in maniera incrementale sfruttando il campionamento dello spazio dei giunti, seguendo lo schema di un algoritmo RRT e includendo la minimizzazione di una funzione obiettivo, che viene assegnata ad ogni traiettoria.