Dynaamisen kenttärobottisimulaattorin kehittäminen astronauttien avustamiseksi

Robottien käytöstä on havaittu saatavan suurta hyötyä avaruustutkimuksessa. Avaruus on erittäin vaarallinen toimintaympäristö ihmisille, muttei niinkään roboteille. Näin ollen robotit voivat olla suureksi avuksi yksinkertaisissa tehtävissä kuten tiedustelussa, tavaroiden siirtämisessä ja tieteellisissä mittauksissa. Tämän työn tutkimuskohteena on kentaurirobotti WorkPartner, jonka avulla on mahdollista suorittaa useita näistä tehtävistä. WorkPartner on kenttärobotti joka on suunniteltu interaktiiviseen yhteistyöhön ihmisten kanssa ja jota käytetään Euroopan avaruusjärjestön Network Partnering -ohjelmassa astronautti-robotti yhteistyön tutkimiseen. Lopputyö esittelee "SimPartner -ohjelmiston, dynaamisen robottisimulaattorin WorkPartner- robotille käyttäen ODE (Open Dynamics Engine) -fysiikkakirjastoa. Ohjelmisto sisältää tarkan mallin robotista, käsittäen osien mitat, painot, nivelet, sensorit ja toimilaitteet. Kaikki sensorit ja toimilaitteet tarjotaan käytettäväksi asiakas-palvelin-rajapintoina. Realistinen dynaaminen robottimalli on monella tapaa hyödyllinen astronautti-robotti -yhteistyön kehittämisessä. Robottimallia voidaan käyttää kontrollikoodin kehittämiseen ja robotin käytöksen ennustamiseen esimerkiksi teleoperointitehtävissä. Mallia voidaan myös käyttää voimien ja vääntömomenttien ennustamiseen tilanteissa, joissa mittausten tekeminen varsinaisesta robotista olisi vaikeaa tai mahdotonta. Lisäksi mallia voidaan käyttää turvallisesti odottamattomissa tilanteissa ja tehtävien opetuksessa silloin, kun varsinainen robotti on muissa tehtävissä. Työssä osoitettaan että varmennettavissa olevan tosiaikaisen dynaamisen robottisimulaattorin luominen on mahdollista vertaamalla simulaatiosta saatuja tuloksia mittauksiin jotka on tehty suoraan robotista. Vertailun mahdollistavat TKK:lla aiemmin tehdyt tutkimukset, joissa robottialustaa on testattu esimerkiksi pyöräkävelyn aikana. Mallin suorituskyky varmistetaan vertaamalla saatuja tuloksia matemaattisiin malleihin. Lisäksi mallin puutteet ja epäideaalisuudet arvioidaan luotettavan lopputuloksen varmistamiseksi. Suorituskyvyn analysoinnin lisäksi simulaattori esitellään muiden jo olemassa olevien avaruusrobottisimulaattorien kontekstissa