論文の概要: Control Barrier Functions for Safe Free-Flying Robotic Spacecraft Operations in Tumbling Target Capture
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.25905v2
- Date: Tue, 29 Sep 2026 07:47:04 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-30 21:28:46.524484
- Title: Control Barrier Functions for Safe Free-Flying Robotic Spacecraft Operations in Tumbling Target Capture
- Title（参考訳）: タンブリングターゲット捕獲における安全自由飛行型ロボット宇宙船の制御バリア機能
- Abstract要約: 13-DoFシステムは翻訳、姿勢、ロボットのサブシステムに分解される。
安全フィルタは円錐状の接近通路、衝突回避ゾーン、視線方向の姿勢、角速度制限、ロボット関節限界、リンクベース衝突回避、アクチュエータ制約を強制する。
このフレームワークは、高忠実度天体力学シミュレータBasiliskを用いて、軌道上のサーベイシングシナリオで検証されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 39.146761527401424
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: This paper presents a modular control barrier function (CBF) framework for safe free-flying robotic spacecraft operations during tumbling target capture. Motivated by latest ESA guidelines for safe close proximity operations, safety zones and requirements are translated into dedicated CBFs. The 13-DoF system is decomposed into translational, attitude, and robotic subsystems, each equipped with a safety filter that minimally modifies nominal control inputs in a lightweight quadratic program. The filters enforce a conical approach corridor, collision avoidance zone, attitude line-of-sight pointing, angular velocity limits, robotic joint limits, link-base collision avoidance, and actuator constraints. Dynamic coupling between subsystems is handled by treating upstream safe control commands as known interconnection inputs in the downstream safety filters, preserving modularity while supporting system-level safety. The framework is validated in an on-orbit servicing scenario, including final approach, angular rate synchronization, and tumbling target grasping, using the high-fidelity astrodynamics simulator Basilisk. Monte Carlo simulation results demonstrate runtime efficiency and operational safety for various tumbling rates.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,無人飛行ロボット宇宙船のタンブリング目標捕獲時の安全操作のためのモジュール制御バリア機能(CBF)フレームワークを提案する。
安全な近接操作のための最新のESAガイドラインによって、安全ゾーンと要件は専用のCBFに変換される。
13-DoFシステムは、翻訳、姿勢、ロボットのサブシステムに分解され、それぞれに、軽量な二次プログラムにおける名目制御入力を最小限に調整する安全フィルタを備えている。
フィルタは円錐状の接近廊下、衝突回避ゾーン、姿勢方向のポインティング、角速度制限、ロボット関節限界、リンクベース衝突回避、アクチュエータ制約を強制する。
サブシステム間の動的結合は、下流の安全フィルタで既知の相互接続入力として上流の安全な制御コマンドを扱い、システムレベルの安全をサポートしながらモジュール性を維持することで処理される。
このフレームワークは、最終アプローチ、角速度同期、タンブリング目標把握を含む軌道上での観測シナリオで、高忠実度天体力学シミュレータBasiliskを用いて検証される。
モンテカルロシミュレーションの結果は、様々なタンブリングレートに対する実行効率と運転安全性を示している。
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