Modelo Predictivo de un Robot Excavador Tipo Topo para la Exploración Subterránea Lunar
Autores: Yuan, Zihao; Mu, Ruinan; Zhao, Haifeng; Wang, Ke
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Modelo Predictivo de un Robot Excavador Tipo Topo para la Exploración Subterránea Lunar
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Modelo dinámico
Perforación
Proceso de dirección
Topo excavador autónomo
Subsuelo lunar
Teoría de la fuerza resistiva
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
En este trabajo, se propone un modelo dinámico para simular el proceso de perforación y dirección de un topo autónomo para acceder a muestras científicas del subsuelo profundo de la Luna. El módulo locomotor se idealiza como una barra rígida. Se consideran los parámetros característicos, incluyendo la longitud, el diámetro de la sección transversal y el centroide de una barra cilíndrica. Basado en la mecánica lagrangiana clásica, se desarrolla un modelo dinámico de 3 grados de libertad para la locomoción de este dispositivo autónomo. Al introducir la teoría de fuerzas resistivas, se describe el esquema de interacción entre el cuerpo locomotor y el regolito lunar. Se estudian y discuten los efectos de los parámetros característicos sobre las fuerzas y torques resistivos. Se introducen estrategias de control proporcional-derivativo para calcular las fuerzas de control de seguimiento siguiendo una trayectoria planificada. Los resultados de la simulación muestran que este método proporciona una manipulación confiable de un robot tipo topo para evitar obstáculos durante el proceso de control de seguimiento en sedimentos estratificados. En general, el modelo de orden reducido propuesto es capaz de simular los escenarios de operación y control de un robot de perforación autónomo en entornos subsuperficiales lunares. Este modelo proporciona entradas intuitivas para planificar las misiones espaciales de un robot de perforación para extraer muestras del subsuelo en un planeta extraterrestre como la Luna o Marte.
Descripción
En este trabajo, se propone un modelo dinámico para simular el proceso de perforación y dirección de un topo autónomo para acceder a muestras científicas del subsuelo profundo de la Luna. El módulo locomotor se idealiza como una barra rígida. Se consideran los parámetros característicos, incluyendo la longitud, el diámetro de la sección transversal y el centroide de una barra cilíndrica. Basado en la mecánica lagrangiana clásica, se desarrolla un modelo dinámico de 3 grados de libertad para la locomoción de este dispositivo autónomo. Al introducir la teoría de fuerzas resistivas, se describe el esquema de interacción entre el cuerpo locomotor y el regolito lunar. Se estudian y discuten los efectos de los parámetros característicos sobre las fuerzas y torques resistivos. Se introducen estrategias de control proporcional-derivativo para calcular las fuerzas de control de seguimiento siguiendo una trayectoria planificada. Los resultados de la simulación muestran que este método proporciona una manipulación confiable de un robot tipo topo para evitar obstáculos durante el proceso de control de seguimiento en sedimentos estratificados. En general, el modelo de orden reducido propuesto es capaz de simular los escenarios de operación y control de un robot de perforación autónomo en entornos subsuperficiales lunares. Este modelo proporciona entradas intuitivas para planificar las misiones espaciales de un robot de perforación para extraer muestras del subsuelo en un planeta extraterrestre como la Luna o Marte.