


近日,由德國布倫瑞克工業(yè)大學(xué)空間系統研究所Institute of Space Systems(IRAS)與德國亞琛工業(yè)大學(xué)結構力學(xué)與輕量化設計研究所Institute of Structural Mechanics and Lightweight Design(SLA)組成的HOMER團隊,成功研發(fā)了應用于太空的新型模塊化機械臂,該模塊化機械臂可以根據需要調整其長(cháng)度和自由度。每個(gè)模塊內都設有電源處理、控制和通信等設備。其中,用于控制機械臂的伺服驅動(dòng)器選擇了在CAN總線(xiàn)領(lǐng)域有著(zhù)40多年經(jīng)驗的克薩(Kvaser)- Leaf Light HS v2 CB。
在距離地球300多千米的高空,地球軌道空間存在著(zhù)眾多飛行器和其他物體,還有大量的太空垃圾,是一個(gè)高度復雜和充滿(mǎn)嚴峻挑戰的環(huán)境。在軌道上建造、維護和維修航天器有助于延長(cháng)它們的壽命并減少漂浮在太空的垃圾碎片,在軌服務(wù)(OOS)與在軌組裝(OOA)是有助于緩解太空垃圾日益增加這一棘手問(wèn)題的兩種方式。
考慮到將人類(lèi)送上太空成本較高且存在一定風(fēng)險,為了最大限度地減少維修、維護和裝配中有風(fēng)險的人機交互操作,銅頭鐵臂的太空機器人具有明顯的優(yōu)勢。然而,太空機器人通常是為特定目的或應用而創(chuàng )建的,并且需要投入大量的設計工作和高昂的成本花費,這往往使它不適用于許多目的。
因此,HOMER團隊開(kāi)展了關(guān)于機械臂的合作項目,通過(guò)開(kāi)發(fā)關(guān)節旋轉軸偏移45°的非常規運動(dòng)鏈,將太空應用中使用的機械臂模塊化。該模塊化機械臂可以自行做物理調整,在操作過(guò)程中根據需要調整其長(cháng)度和自由度。
模塊化機械臂的概念是高度冗余,易于適應多種任務(wù),并顯著(zhù)降低了在飛行器中占用的裝載空間,同時(shí)提高了操作靈活性。此外,使用一個(gè)多功能通訊儀作為模塊連接器,可在操作中實(shí)現自行重新配置。
HOMER團隊開(kāi)發(fā)了兩個(gè)在地球上的演示器;小型檢查及維修臂 - Little Inspection and Servicing Arm(LISA)和用于重新配置和抓取的中型臂- Medium-sized Arm for Reconfiguration and Grappling Exercises’(MARGE),以確定操作負載、傳動(dòng)器設計、軸接頭設計以及結構設計和優(yōu)化。
該項目的愿景是通過(guò)在子系統層面細分公共衛星總線(xiàn),開(kāi)發(fā)一個(gè)完全模塊化的衛星體系結構。通過(guò)組合標準化的子系統模塊,形成一個(gè)完全模塊化的衛星。

每個(gè)模塊內的電子設備機架包含用于電源處理、控制和通信的設備。Kvaser Leaf Light HS v2 CB控制Copley Controls公司的伺服驅動(dòng)器。Actronic Solutions為該項目提供了建議和支持,建議采用基于PCB的CAN接口,并提供伺服驅動(dòng)器。(Copley Controls是半導體、醫療、制藥和自動(dòng)化組裝以及檢測行業(yè)高性能放大器,線(xiàn)性電機和運動(dòng)解決方案OEM制造的全球領(lǐng)導者。Actronic Solutions提供伺服和步進(jìn)電機,音圈驅動(dòng)器,旋轉和線(xiàn)性螺線(xiàn)管及相應的驅動(dòng)器和控制,為客戶(hù)提供連接到控制系統的定制解決方案。)
LISA和MARGE證明了高度冗余模塊化機器人系統的一般可行性,iSSI接口用于機器人應用的能力以及自行重新配置的概念也得到了證明。
這個(gè)概念不僅可應用于太空,考慮到在危險環(huán)境中維修、維護和裝配中盡可能減少對人機交互的需求,它還可以用于其他惡劣環(huán)境,例如海底或核反應堆的受限、高放射性區域。模塊化、高度冗余的設計還可讓這項技術(shù)應用到其他領(lǐng)域的更多項目中,因為它增加了生產(chǎn)過(guò)程中的靈活性,減少了加工時(shí)間,并可快速調整適應多種產(chǎn)品的制造。
祝愿HOMER團隊在他們的項目中不斷取得成功。希望我們幾年后會(huì )看到接下來(lái)的陸地演示模型BART和MAGGIE!
使用的克薩(Kvaser)產(chǎn)品
Leaf Light v2 CB是克薩(Kvaser)熱門(mén)產(chǎn)品Leaf Light v2單通道高速USB轉CAN總線(xiàn)接口的電路板裸卡。作為USB轉CAN接口領(lǐng)域的主力軍,Kvaser Leaf Light產(chǎn)品系列在連接PC方面可靠性強,成本低。

參與項目的機構
德國亞琛工業(yè)大學(xué)結構力學(xué)與輕量化設計研究所(SLA)
德國布倫瑞克工業(yè)大學(xué)空間系統研究所(IRAS)
德國柏林工業(yè)大學(xué)空間技術(shù)主席