中 중국과학원 선양자동화연구소, 우주로봇 자율 제어 기술 발표

중국과학원 선양자동화연구소가 우주로봇 자율제어 기술에 관한 연구 성과를 발표했다. 

이번 연구 성과는 국제전기전자기술자학회(IEEE) 항공우주전자시스템 학술지(TAES, Transactions on Aerospace and Electronic Systems)에 게재됐다(논문 제목=시간 지연 추정 및 슈퍼트위스팅 제어를 사용한 반부상 우주 로봇의 자세 분리 제어(Attitude Decoupling Control of Semifloating Space Robots Using Time-Delay Estimation and Supertwisting Control).

발표 논문에서 연구진은 우주선 플랫폼과 매니퓰레이터의 동적 결합을 위해 디커플링 제어 알고리즘을 제안했다.

우주 공간의 고온과 저온, 초진공, 강한 방사선 등 열악한 환경으로 인해 우주선과 매니퓰레이터로 구성된 우주로봇시스템은 특수 설계된 우주선의 기동성과 매니퓰레이터 작동 능력을 갖추게 된다. 향후 궤도 서비스 및 우주 등 영역에서 광범위하게 사용될 예정이다.

우주 로봇은 포획, 조립, 운반, 샘플(시료) 회수 등 다양한 자율적 작업을 할 수 있다. 이러한 로봇에 있어 우주선 플랫폼과 매니퓰레이터 사이에 복잡한 동적 결합이 있으며, 이는 매니퓰레이터 끝단의 작동 정확도에 영향을 미친다.

이에 어떻게 효과적으로 로봇팔 협력 작용을 가능케 하는가가 우주 로봇 기술 분야의 난제다.

▲ 우주로봇 제어방법(이미지=중국로봇망)

선양자동화연구소 우주자동화기술연구소 연구진은 TDE(Time-Delay Estimation) 알고리즘과 STC(Super-Twisting Control)를 기반으로 모델프리 로버스트 디커플링 제어 알고리즘을 제안했다. 이 방법의 핵심은 순간적(transient) 학습 제어 알고리즘이다. 상수 대각 행렬 모델을 도입해 동적 모델을 개조하고 새로운 모델을 선형 항과 비선형 항으로 구분했다. 모델의 이전 순간의 관찰 정보와 제어 입력은 시스템의 효율적 디커플링을 실현하기 위해 현재 순간 시스템의 새로운 비선형 항을 추정하는 데 사용된다.

이 방법의 장점은 시스템 모델 매개변수를 실시간으로 계산할 필요가 없으면서 알고리즘 고유의 자체 적응성과 연산 효율성이 높다는 점이다. 이 성과를 통해 우주 로봇과 우주탐사 임무의 후속 궤도 서비스의 이론적 기반과 기술 지원이 가능해질 것으로 연구원은 예상했다. (제휴=중국로봇망)