Manipulatoare spațiale. Design Buran: sisteme la bord Manipulatoare cu inteligență artificială pentru nave spațiale

Interviu

21.09.2016 09:41

ZIARUL RUS. ALEXANDER GREBENSHIKOV. AVATAR, TE CUNOSC!

Corporația de stat ROSCOSMOS va aloca aproape 2,5 miliarde de ruble pentru a crea roboți pentru lucrul în spațiul cosmic. Ce fel de „astronauți mecanici” sunt necesari în afara stației spațiale? Prin ce teste trec „ciberneții” înainte de a fi lăsați pe orbită? Ce robot geolog rus este proiectat pentru Marte? Alexander GREBENSHIKOV, șeful laboratorului de robotică spațială de la Institutul Central de Cercetare de Inginerie Mecanică (TsNIIMash), îi spune RG despre acest lucru.

- Alexander Vladimirovici, deci ce fel de roboți sunt necesari pentru a lucra în spațiul cosmic?

La început, aceștia sunt roboți pentru sprijinul operațional al activităților extravehiculare ale astronauților. Adică asistenți. Și apoi roboți care vor efectua „în mod independent” întreținerea echipamentelor și componentelor de pe suprafețele exterioare ale stației. De exemplu, inspecția vizuală, operațiunile tehnologice și de reparații, întreținerea instrumentelor științifice etc.

-Care sunt principalele cerințe pentru astronauții cibernetici?

Principalul lucru este să asigurați siguranța oamenilor din apropiere și a obiectului în sine - o stație sau o navă. Adică, acțiunile roboților nu trebuie să conducă la situații de urgență sau anormale. Al doilea este funcționalitatea eficientă a robotului. Și în al treilea rând, fiabilitatea sa ridicată și rezistența la factorii nocivi din spațiu.

Avatarurile robotizate vor fi cele mai versatile mașini pentru operațiuni complexe pe Lună și alte planete. Și ce avantaje oferă acestea?

Două sunt de netăgăduit: reducerea riscurilor pentru viața și sănătatea echipajului atunci când lucrează în spațiul cosmic, precum și reducerea costurilor. Pot spune că fiecare oră de muncă a astronauților în afara costă, conform diverselor estimări, de la 2 la 4 milioane de dolari. Cifrele vorbesc de la sine. În plus, utilizarea roboților în viitor pentru a efectua operațiuni de rutină pe stațiile cu echipaj va elibera timp suplimentar pentru odihnă sau pentru rezolvarea altor probleme presante.

Din câte știu, Rusia a dezvoltat deja primul sistem robotic care va ajuta astronauții în spațiul cosmic? Sau mai exact, un prototip?

Da, dezvoltările de design sunt în curs de trei ani. Pe baza datelor inițiale de la TsNIIMash, întreprinderea de tehnologie Android a produs un prototip la sol al robotului spațial Android SAR-401. La sfârşitul anului 2014, la CPC numită după. Yu.A. Gagarin, au fost efectuate testele sale funcționale. Robotul, în modul de la distanță sub controlul unui operator, a efectuat cu succes operațiuni standard: comuta întrerupătoare, a apucat unelte, a lucrat cu încuietori mecanice, conectori electrici, a inspectat suprafața cu ajutorul camerelor de televiziune, a iluminat zona de lucru a astronauților, a coborât și a ridicat. viziera căștii costumului spațial și a șters geamul ferestrei.

Ulterior, au fost dezvoltate proiecte preliminare ale unui sistem robotizat de transport și manipulare pentru a susține activități extravehiculare, precum și robotul antropomorf Andronaut. Au fost dezvoltate probe prototip și au fost efectuate teste de laborator.

Cum arată un robonaut spațial rus? Prin ce teste trebuie să treacă înainte de a intra pe orbită?

În ceea ce privește robotul SAR-401, seamănă cu o persoană. Dar până acum fără picioare: este mai convenabil să-l deplasați de-a lungul stației spațiale folosind un manipulator de transport. „Mâinile” și „degetele” sale au aceleași dimensiuni și grade de mobilitate ca cele ale unei persoane, iar controlul se realizează cu ajutorul unui exoschelet purtat de operator. Robotul repetă exact toate mișcările operatorului, care controlează de la distanță munca folosind o cască de realitate virtuală în imagini stereo. Este difuzat de camerele de televiziune situate în interiorul „capului” robotului.

Înainte de a intra pe orbită, robotul trebuie să treacă printr-o serie de teste serioase: vid termic, rezistență la vibrații și rezistență la radiații, compatibilitate electromagnetică și multe altele.

- Este importantă aici unitatea de formă și conținut? În ce direcție se mișcă gândirea de design?

Cât despre robotul Android, fără îndoială. Din punct de vedere structural, trebuie să fie complet asemănător cinematic cu o persoană. Abia atunci va fi capabil să efectueze operații „fine” caracteristice abilităților motorii ale mâinilor și degetelor umane. În plus, aspectul umanoid al robotului este mai potrivit pentru îndeplinirea funcției de sprijin psihologic pentru astronauți.

Roboți păianjen spațiali, roboți șarpe, roboți maimuță etc. - este un zbor de lux pentru designeri? Sau astfel de forme se datorează necesității?

În unele cazuri, astfel de forme se datorează necesității. De exemplu, roboții în formă de păianjen sunt mai potriviți pentru a escalada pante abrupte și libere ale craterelor. Sunt mai stabile și pot fi scoase folosind picioarele manipulatorului chiar și dintr-o poziție inversată. Dar pentru mișcarea în interiorul labirinturilor sau țevilor înguste - cele serpentine.

- Ce materiale sunt dezvoltate pentru a proteja roboții de radiații, microparticule și micrometeoriți?

„Umplutura” electronică a robotului este protejată de microparticule de către corpul său. Este realizat din materiale spațiale tradiționale: aliaje de aluminiu, titan, compozite. Componentele rezistente la radiații și produsele electrice și radio vor fi utilizate ca parte a sistemelor mecatronice și electronice ale robotului și vor fi utilizate metode de redundanță a componentelor și sistemelor critice.

Mulți oameni de știință susțin: numai mașinile automate ar trebui să funcționeze în spațiu; nu este absolut necesar să riscați o persoană. Dar unul dintre cosmonauți a spus odată: „Când mergem în spațiul cosmic, trebuia înlocuit ceva. Centrul de control spune: „Ia cheia pentru 14.” L-am luat, iar când m-am apropiat de sistem, mi-am dat seama: trebuie să existe o altă cheie. Mi-ar îndeplini un robot sarcina cu o cheie de 14? Nu. Și am făcut-o.” Se dovedește că roboții nu pot face totul?

Într-adevăr, roboții cu inteligență artificială avansată nu pot fi încă creați pentru a înlocui complet oamenii în toate situațiile din spațiu. Și nu numai acolo. Cu toate acestea, în multe cazuri nu există nicio alternativă la roboții din spațiu. Acest lucru se aplică pentru efectuarea unor astfel de lucrări periculoase și intensive în muncă, cum ar fi, de exemplu, întreținerea centralelor nucleare spațiale în viitorul apropiat, lucrările de construcție și instalare pentru crearea bazelor lunare și planetare, cercetarea asteroizilor și a planetelor îndepărtate. Dar, în același timp, roboții vor fi controlați sau controlați de o persoană. Prin urmare, acum se lucrează activ pentru îmbunătățirea interfețelor robot-om, precum și a comportamentului autonom adaptiv al roboților și a interacțiunii de grup a roboților între ei.

- Ce fel de viitor cosmic îi așteaptă pe avatarurile robotice? Sunt greu de gestionat?

Avatare roboți, de ex. roboții umanoizi (androidii), controlați de o persoană și care îi copiază mișcările, vor fi în viitor cele mai universale mașini pentru efectuarea de operațiuni complexe asupra obiectelor spațiale din spațiul apropiat Pământului, pe Lună și pe alte planete. Metodele de control al androizilor sunt acum în curs de dezvoltare. Și gestionarea androizilor, desigur, necesită ceva pregătire.

De ce spun oamenii de știință că avatarurile vor putea funcționa doar în apropierea Pământului? De exemplu, pe Lună sau pe stațiile spațiale? Din cauza unei întârzieri a semnalului?

Aceasta este o problemă comună cu controlul teleoperatorului de la distanță. Dacă semnalele de feedback sunt întârziate cu mai mult de două secunde, poate apărea o nepotrivire între acțiunile operatorului uman și ale robotului. Și acesta este un eșec al sarcinii. În apropierea Pământului (sub rezerva vizibilității radio directe), întârzierile semnalelor de control sunt relativ mici - mai puțin de 0,2 secunde.

În ceea ce privește Luna, întârzierea totală (dus și înapoi) este deja mai mare de 2,5 secunde. Acest lucru a cauzat, de exemplu, dificultăți în controlul roverului lunar sovietic. Prin urmare, este mai bine să controlați avatarurile de pe Lună dintr-o stație orbitală lunară sau din compartimentele presurizate ale unei baze lunare. Și, de asemenea, utilizați metode de control de supraveghere cu elemente de inteligență artificială, inclusiv recunoașterea imaginilor, navigarea autonomă și luarea deciziilor.

- Ce se întâmplă acum cu roboții ruși SAR-401 și Andronaut? Când pot merge să lucreze în spațiu?

Pe baza SAR-401, ca parte a experimentului spațial Teledroid, va fi fabricat un prototip de zbor, care va fi livrat ISS în 2020. Pe noul modul științific și energetic al segmentului rus, sub controlul unui astronaut, va efectua activități extravehiculare. În ceea ce privește Andronaut, acest sistem va fi dezvoltat cel mai probabil ca mijloc de sprijin psihologic și informațional pentru astronaut din interiorul stației orbitale. Similar cu robotul umanoid japonez Kirobo.

- Ce roboți sunt în prezent pe ISS?

Pe suprafața exterioară a ISS există un manipulator spațial Canadarm2 cu o „duză” Dextre, un manipulator japonez JERMMS pentru întreținerea platformei EF nepresurizate a modulului Kibo și două manipulatoare mecanice de marfă rusești Strela. În interiorul ISS se află robotul android american Robonaut R2 și „păpușa robot” japoneză Kirobo.

Americanii prezic un viitor grozav pentru roboții asemănător păianjenilor SpiderFab, care vor construi case spațiale. Ce fel de sistem este acesta?

SpiderFab va fi folosit pentru a construi structuri spațiale. Există două tehnologii principale aici. În primul rând, un dispozitiv numit Trusselator, care acum este testat cu succes în laborator: este un fel de sinteză a unei imprimante 3D și a unei mașini de tricotat. Pe o parte a corpului cilindric se află o bobină de fir (dispozitivul folosește ca materie primă fibră de carbon), iar pe cealaltă este un extruder prin care sunt extrudate cele trei țevi principale ale viitoarei ferme. Armatura este întărită prin înfășurarea cu fir. Drept urmare, un dispozitiv lung de aproximativ un metru poate crea o fermă de zeci de metri lungime.

În continuare, un dispozitiv numit robot Trusselator, folosind un manipulator și o mașină de sudură specială, va putea conecta fermele originale în structuri complexe mari și le va acoperi cu panouri solare, folie reflectorizante și va efectua alte operațiuni în funcție de obiectivele misiunii.

În general, tehnologia SpiderFab ne va permite să trecem la producția de structuri comice lungi de kilometri! În prezent, structurile care sunt trimise în spațiu au o marjă de siguranță în exces uriașă pentru a rezista la suprasarcini în timpul lansării. De obicei, astfel de structuri grele nu sunt necesare în spațiu, dar este nevoie de o dimensiune foarte mare, de exemplu, pentru telescoapele interferometre. Dispozitivele SpiderFab vă vor permite să construiți doar astfel de structuri: ușoare, de dimensiuni mari și cu un cost redus al ciclului de viață.

Trebuie spus că ideea creării unor ferme de dimensiuni mari de mare lungime în spațiu a fost studiată de oamenii de știință sovietici la sfârșitul anilor 80 ai secolului trecut. Pentru a face acest lucru, TsNIIMash a plănuit să folosească o unitate de asamblare a fermei bazată pe o navă spațială cu două manipulatoare software, care ar asambla o fermă din tije standard din fibră de carbon în modul software, unindu-le la elementele nodului. Tijele și elementele au fost preluate din depozitul de casete de la bordul aparatului. Fiecare tijă este echipată la ambele capete cu încuietori magnetomecanici special concepute, cu autostrângere, fără joc. Folosind aceleași manipulatoare, după asamblarea fiecărei secțiuni, întreaga ferme a fost deplasată înapoi de-a lungul ghidajelor cu role, în interiorul unității de asamblare a fermei goale, eliberând spațiu pentru construirea următoarei secțiuni a fermeiului.

Au fost fabricate încuietori magnetico-mecanici, elemente de tijă, ansambluri, iar procesele de asamblare robotizată a secțiilor de fermă folosind roboții industriali sovietici RM-01 au fost testate pe machete la scară largă. După cum puteți vedea, tehnologia SpiderFab este de fapt o renaștere a unei idei binecunoscute la un nou nivel tehnologic folosind imprimarea 3D.

- Ce fel de mănușă spațială robotică au dezvoltat americanii? Avem ceva asemanator?

RoboGlove a fost conceput pentru a crește puterea de prindere a unei persoane în spațiu. La crearea acestuia s-au folosit tehnologiile folosite în dezvoltarea robotului umanoid Robonaut. NASA a declarat că utilizarea unei astfel de mănuși poate reduce sarcina asupra mușchilor unei persoane cu mai mult de jumătate. În Rusia, mănuși similare nu au fost dezvoltate separat, iar în cercetarea în curs, s-a acordat atenție exoscheletului de putere.

Am văzut recent un videoclip: un viitor dispozitiv de curățare a resturilor spațiale dezvoltat de ESA învață cum să prindă drone. Interesant. Ce oferă robotiștii ruși pentru a rezolva această problemă?

În Rusia, se desfășoară în prezent lucrări de cercetare privind problemele deservirii obiectelor spațiale, inclusiv problema eliminării deșeurilor spațiale. Cercetările de proiectare și căutare sunt în curs de desfășurare, inclusiv dezvoltarea de nave spațiale cu manipulatoare pentru a captura sateliții uzați, fragmentele acestora și, ulterior, să le ducă pe o așa-numită orbită specială de eliminare sau în atmosfera Pământului, unde vor arde când vor cădea.

- Este un robot de reparare a satelitilor o fantezie sau o realitate?

Astăzi aceasta nu mai este fantezie, dar nu este încă realitate. Atât în străinătate, cât și aici, sunt în desfășurare lucrări de cercetare menite să rezolve această problemă presantă. Repararea sateliților scumpi în spațiu va crește durata de viață activă a acestora, reducând astfel costurile menținerii compoziției necesare a constelațiilor de sateliți. Dar pentru aceasta este necesar să se schimbe ideologia de a crea sateliții și navele spațiale înșiși, pentru a face

reparabilitatea acestora cel puţin la nivelul înlocuirii elementelor şi blocurilor standardizate standard. Și această problemă trebuie rezolvată de proiectanții noilor sateliți și nave spațiale promițătoare.

Au designerii ruși vreun plan de a dezvolta noi rovere pentru Marte? Să presupunem că americanii pariază pe Valkyries, despre care se spune că sunt mult mai avansate în capacități decât Curiosity. Ce avem?

În Rusia, a fost dezvoltat proiectarea platformei universale autopropulsate „Robot Geologist”. Acesta va fi echipat cu un manipulator, o instalație de exploatare forestieră și de foraj și întregul complex de instrumente științifice necesare pentru a efectua cercetări geologice și geofizice pe suprafața Lunii și a lui Marte. Inclusiv recunoașterea seismică folosind o serie de explozii, colectarea și livrarea coloanelor de sol stratificate de la o adâncime de până la 3 m de-a lungul unui traseu de până la 400 km lungime etc. Dezvoltarea ne permite să trecem îndeaproape la lucrările de dezvoltare privind crearea unui astfel de un rover, care nu este inferior ca funcționalitate față de Curiosity.

Carte de vizită

GREBENSHIKOV Alexander Vladimirovici, născut în 1958. Învățământ superior, a absolvit departamentul de inginerie radio al Institutului de Inginerie Energetică din Moscova în 1981. El este implicat profesional în robotica spațială din 1986, lucrând la institutul științific șef al ROSCOSMOS, FSUE TsNIIMash. Șeful Laboratorului de Robotică Spațială al Întreprinderii Unitare de Stat Federal TsNIIMash, expert al Consiliului de experți al Centrului Național pentru Dezvoltarea Tehnologiilor și Elementelor de bază ale Roboticii al Fundației pentru Cercetare Avansată a Federației Ruse.

Text: Natalia Yachmennikova

Ziar rusesc - numărul federal nr. 7080 (212)

Institutul de Aviație din Moscova

(Universitatea Națională de Cercetare)

Tehnologia de fabricare a pieselor

Rezumat pe tema:

Manipulatoare spațiale

Completat art. gr. 06-314

Zverev M.A.

Verificat:

Beregovoy V.G.

Moscova 2013

Manipulatoare de module ale DOK „Mir”

La complexul orbital (stația) pe termen lung Mir (DOK), manipulatoare au fost utilizate ca parte a modulelor, atât pe modulele înlocuibile, cât și pe unitatea de bază. Acești manipulatori diferă în sarcinile și execuția lor.

Pe modulele Kvant-2, Spectrum, Kristall și Priroda, pe suprafețele lor exterioare a fost montat un manipulator lângă stația de andocare principală. Sarcina principală a acestui M a fost să, după andocarea cu unitatea de bază (la unitatea de andocare longitudinală PxO), reandarea modulului la o altă unitate de andocare, a cărei axă se afla în planurile de stabilizare I-III. II-IV. Același manipulator a fost folosit pentru reandocarea modulelor în timpul funcționării complexului. Pentru aceste operațiuni au fost instalate 2 unități speciale de andocare pe suprafața sferică exterioară a PxO între planurile de stabilizare la un unghi sferic de 45 0, la care a fost andocat manipulatorul de modul. După andocare cu acest nod, modulul s-a scos din nodul de andocare longitudinal și s-a mutat la cel mai apropiat nod de andocare „perpendicular” liber, în mod convențional la I-II sau III-IV. Acest manipulator ar trebui să fie clasificat ca un manipulator de transport (transport) care operează în cadrul unui program punct la punct.

Manipulatoare unități de bază („Strela”)

Clasa manipulatoarelor de transport include și „sistemul de marfă” „Strela”, instalat pe unitatea de bază a complexului. Acest sistem a fost destinat transportului de marfă de la module la suprafața unității de bază. După ce s-a format designul „stea” al DOK, toate trapele de ieșire ale depozitului au fost ocupate și echipamentele necesare au putut fi livrate doar de la a doua trape de capăt ale modulelor. Pentru a facilita munca echipajului, două „Săgeți” au fost instalate pe suprafața DOK, pe planurile de stabilizare II și IV, în locurile unde a fost atașat carenul de cap. În Fig.1. Sunt enumerate lucrările care au necesitat ajutorul acestui manipulator.

O diagramă și o fotografie a „Săgeții” sunt prezentate în Fig. 1.

Manipulatoare mecanice domestice " Săgeată„, realizată sub forma unei tije telescopice desfășurate în jurul a două axe, este folosită pe ISS pentru a deplasa astronauții de-a lungul suprafeței exterioare a stației. Macarale instalate pe modul "Dig"<#"654688.files/image004.gif"> <#"654688.files/image005.gif">

Dexter arată ca un trunchi fără cap, echipat cu două brațe extrem de mobile lungi de 3,35 m. Corpul de trei metri și jumătate are o axă de rotație la „talie”. Carcasa este echipată cu un dispozitiv de prindere la un capăt, prin care Canadarm 2 îl poate apuca și transfera SPDM-ul către orice unitate de înlocuire orbitală (ORU) de pe stație. La celălalt capăt al corpului se află un actuator robotic, practic identic cu organul Kandarm, astfel încât SPDM poate fi atașat la dispozitivele de prindere ale ISS sau poate fi folosit pentru a extinde funcționalitatea lui Kandarm2.

Ambele brațe SPDM au șapte articulații, oferindu-le aceeași flexibilitate ca Canadarm 2 combinată cu o precizie mai mare. La capătul fiecărui braț se află un sistem numit mecanism de schimbare a unității/uneltelor de înlocuire orbitală (OTCM). Acesta include cleme încorporate, un cap retractabil, o cameră de televiziune monocromă, o lumină de fundal și un conector divizat. care oferă energie, schimb de date și supraveghere video a încărcăturii utile.

În partea de jos a corpului Dexter există o pereche de camere orientabile cu imagini color cu iluminare, o platformă de depozitare ORU și un toc pentru scule. Tocul este echipat cu trei instrumente diferite folosite pentru a efectua diverse sarcini pe ISS.

Manipulator Canadarm

a fost un braț robot destinat inițial a fi utilizat la bordul unei nave spațiale. Canadarm a fost pus în funcțiune în 1975 și a zburat pentru prima dată în 1981 și a reprezentat o dezvoltare tehnică majoră în istoria zborului spațial uman. Canadarm a demonstrat potențialele aplicații ale dispozitivelor robotizate în spațiu și, de asemenea, a devenit ferm stabilit în inginerie în explorarea spațiului. Mai multe iterații ale dispozitivului au fost fabricate pentru a fi utilizate la bordul diferitelor misiuni.Acesta constă din brațe lungi în buclă controlate robotic din carlingă. Canadarm este cunoscut oficial ca sistem rotativ de manipulare la distanță (SRM) și este proiectat pentru ca astronauții să mute sarcini utile în sau în afara navelor spațiale. Poate fi folosit și pentru alte sarcini, de la repararea telescopului Hubble până la asamblarea Stației Spațiale Internaționale (ISS). A doua generație de dispozitive, „Canadarm-2”, a fost instalată pe ISS.

Lucrările de dezvoltare asupra diferitelor aspecte ale zborului spațial pot fi contractate de agenții precum Administrația Națională pentru Aeronautică și Spațiu (NASA). În timp ce agențiile preferă adesea să lucreze cu companii naționale, colaborarea internațională nu este neobișnuită, așa cum demonstrează utilizarea Canadarm. NASA a comandat un dispozitiv care poate fi folosit pentru a controla transferul de încărcături utile și poate fi utilizat pentru alte activități în spațiu, unde obiectele trebuie să fie capturate și manipulate. Pe parcursul desfășurării lor, diferitele modele Canadarm nu au eșuat niciodată, deși a fost distrus în 2003. ca urmare a dezastrelor naturale.

Canadarm a fost folosit pentru prima dată la bordul navetei spațiale Columbia în timpul misiunii STS-2 din 1981. În timpul funcționării sale, manipulatorul Canadarm a participat la 50 de misiuni și a finalizat 7.000 de revoluții în jurul Pământului, funcționând fără un singur eșec. Brațul robotic a fost folosit pentru a prinde telescopul Hubble, pentru a muta și descărca mai mult de 200 de tone de componente ISS și pentru a muta astronauții.

Manipulatorul era amplasat în compartimentul de marfă al navetei, controlat de la distanță din cabină. Are 6 grade de libertate. Principiul de funcționare al mecanismului de captare este similar cu cel al diafragmei unei camere.

Caracteristici:

Lungime - 15,2 m (50 ft);

Diametru - 38 cm (15 inchi);

Greutate neîncărcată - 410 kg (900 lb);

Greutate ca parte a sistemului general - 450 kg

Manipulatorul controlat de la distanță (RMS) „CANADARM” a fost instalat pe naveta spațială. Este posibil să se stabilească două brațe ale DUM. Doar o mână poate lucra la un moment dat. Scopul principal al RMS (RMS) este operațiunile de transport:

livrarea obiectelor din grupul infracțional organizat, plasarea obiectelor în grupul infracțional organizat, deplasarea astronauților alocați la „Remote Workplace” (RWP) către obiectul din grupul infracțional organizat;

asigurarea operațiunilor tehnologice:

susținerea, asigurarea, poziționarea sculei și a persoanei.

RMS Canadarm este proiectat și fabricat de Spar Aerospace. Dezvoltarea și producția primului eșantion - 70 de milioane de dolari. Următoarele 3 „arme” au fost fabricate pentru 60 de milioane de dolari. Au fost realizate în total 5 (armă 201, 202, 301, 302 și 303) și transferate către NASA. Brațul 302 a fost pierdut în accidentul Challenger. Durată de viață - 10 ani, 100 de zboruri.

Diagrama manipulatorului RMS Canadarm este prezentată în Fig. 2.

Proiecta

Învelișul alb al structurii, funcționând ca un echipament termostatic pentru a menține temperatura necesară a echipamentului în condiții de vid, împiedică creșterea temperaturii mâinii sub razele soarelui și se proiectează împotriva frigului spațiului atunci când mâna este la umbră.

	15,2 m (50 ft.)

Greutatea pe Pământ	410 kg (905 lbs.)
Viteza de mișcare	Descărcat: 60 cm pe secundă - încărcat: 6 cm pe secundă
Brațurile superioare și inferioare ale brațului	Material compozit de carbon
	Trei grade de mișcare (pitch/yaw/roll)
	Un grad de mișcare (înclinare)
	Două grade de mișcare (pitch/yaw)
Controler manual translațional	Mișcarea brațului spre dreapta, sus, jos înainte și înapoi
Controler manual rotativ	Controlează înclinarea, rularea și rotirea brațului

Exploatare

Canadarm a fost folosit pentru prima dată la bordul navetei spațiale Columbia în timpul unei misiuni. STS-2<#"654688.files/image008.gif">

După accidentul navetei spațiale „Columbia” (zbor STS-107<#"654688.files/image009.gif">

manipulator european ERA.

ManipulatorKIBO”

Diagrama modulului ISS japonez JEM este prezentată în Fig. 4. Parametrii fizici ai modulului sunt prezentați în Tabelul 3.

Unitatea experimentală japoneză „Kibo”, care înseamnă speranță, este primul laborator orbital al Japoniei. „Kibo” este format din patru module:

Laborator științific (RM):

Aceasta este partea centrală a blocului, care va permite efectuarea tuturor tipurilor de experimente în condiții de gravitate zero. Există 10 blocuri experimentale instalate în interiorul modulului. Modulul în sine are dimensiunea unui autobuz.

Modulul de bagaje experimental (ELM-PS):

Joacă rolul unei instalații de depozitare a echipamentelor în care se află containere mobile. Ele pot fi transportate cu naveta spațială.

Unitate de marfă externă (EF):

El este constant în spațiul cosmic. Va fi folosit pentru eliminarea deșeurilor. Conține containere de gunoi înlocuibile care sunt aruncate când sunt pline.

Brațul manipulator (JEM RMS):

Acesta va deservi blocul de marfă extern. Bratul principal transporta obiecte grele, in timp ce bratul mic detasabil este folosit pentru lucrari delicate. Brațul manipulator este echipat cu o cameră video care permite controlul precis al mișcărilor brațului.

De asemenea, la toate modulele vor fi atașate blocuri mici de bagaje.

Parametri fizici:

Tabelul 3.

Literatură

1 http://www.myrobot.ru

http://www.dailytechinfo.org

http://ru.wikipedia.org

Proiecta



	410 kg (905 lbs.)
Viteza de mișcare	Descărcat: 60 cm pe secundă Încărcat: 6 cm pe secundă
Brațurile superioare și inferioare ale brațului	Material compozit de carbon
	Trei grade de mișcare (înclinare/vici/rulare)
	Un grad de mișcare (înclinare)
	Două grade de mișcare (pitch/yaw)
Controler manual translațional	Mișcarea brațului spre dreapta, sus, jos înainte și înapoi
Controler manual rotativ	Controlează înclinarea, rularea și rotirea brațului

Exploatare

Canadarm a fost folosit pentru prima dată la bordul navetei spațiale Columbia în timpul unei misiuni. STS-2în 1981. În timpul funcționării sale, manipulatorul Canadarm a participat la 50 de misiuni și a finalizat 7.000 de revoluții în jurul Pământului, funcționând fără un singur eșec. . Manipulatorul a fost folosit pentru a prinde telescopul Hubble, deplasarea și descărcarea a peste 200 de tone de componente ISS și astronauții în mișcare.

După accidentul navetei spațiale „Columbia” (zbor STS-107) la începutul anului 2003, Columbia Accident Investigation Board (CAIB) și-a format un mandat pentru a îmbunătăți programul de navetă. Una dintre cerințele pentru NASA a fost dezvoltarea unui add-on („pereche”) pentru Canadarm în formă Sistemul de senzori a brațului Orbiter(OBSS), care trebuie să conțină instrumente pentru a inspecta suprafața exterioară a TSR de sub caroserie a navetei înainte de întoarcere. Pe baza tehnologiei și experienței dobândite de MDA (fostul Spar Aerospace) în crearea mai multor generații de manipulatoare spațiale, MDA a dezvoltat o extensie a navetei spațiale: un braț robotic capabil să efectueze inspecții pe orbită ale sistemelor de protecție termică ale navetei. Inspection Attachment Bar (IBA) a avut un rol major în inspectarea sistemului de protecție termică al navetei.

Informații generale

Tija de inspecție s-a bazat pe soluțiile Canadarm existente și are în esență același design, cu excepția faptului că articulațiile brațului au fost înlocuite cu adaptoare din aluminiu, fixând eficient adaptoarele în suport. Capul de săgeată a fost conceput pentru a găzdui și interfața cu o serie de senzori pentru a evalua sistemul de protecție termică al navetei.

Cântărind 211 kilograme (fără senzori) și aproximativ 15 metri lungime, IBA avea aproximativ aceeași dimensiune cu Canadarm-ul navetei. Astfel, IBA-ul era amplasat la bordul navei, unde urma să fie instalat inițial „Mecanismul de menținere” second-hand. Pe orbită, Canadarm al navetei și Canadarm2 al ISS vor ridica IBA folosind un grapp

2:10 03/10/2016

1 👁 984

Probabil că toată lumea a văzut fotografii măcar o dată. Care crezi că este cea mai importantă componentă a acesteia? Spații de locuit? module de laborator? Panouri anti-meteori? Nu. Te poți descurca fără vreun modul. Dar fără manipulatoare spațiale - nimic. Acestea servesc la descărcarea și încărcarea navelor, asistă la andocare și permit efectuarea tuturor lucrărilor externe. Fără ele stația este moartă.

Evoluția l-a înzestrat pe om cu manipulatori uimitor de perfecți - mâini. Cu ajutorul lor putem crea miracole. Degetul mare opozabil și articulațiile flexibile fac din mâini un instrument aproape perfect. Nu este de mirare că o persoană își folosește propriile mâini ca prototip pentru multe structuri mecanice. Și manipulatorii de spațiu nu fac excepție. Nu sunt mulți dintre ei.

Cel mai cunoscut (și utilizat în prezent pe ISS) sistem mobil este MSS, mai des numit Canadarm2, deși de fapt Canadarm2 este doar unul dintre elementele sale. Sistemul a fost dezvoltat de compania canadiană MDA Space Missions pentru Agenția Spațială Canadiană și a fost o dezvoltare a dispozitivului Canadarm mai simplu folosit pe navetele americane.

În viitorul apropiat, ar trebui lansat un sistem „concurent”, European Robotic Arm (ERA), dezvoltat de specialiști de la Centrul European de Cercetare și Tehnologie Spațială, cu sediul în olandezul Noordwijk. Dar mai întâi lucrurile.

frunză de arțar

Sistemul MSS este format din trei componente principale: manipulatorul principal (SSRMS, aka Canadarm2); manipulator cu scop special (SPDM, cunoscut și sub numele de Dextre) și sistem de bază de servicii mobile (MBS).

MBS este în esență platforma de bază pe care sunt instalate manipulatoarele. Extinde semnificativ aria de acoperire a Canadarm2. Când „brațul” este instalat pe MBS, acesta dobândește o bază mobilă capabilă să se deplaseze de-a lungul suprafeței stației pe șine la viteze de până la 2,5 cm/s. În plus, greutățile pot fi atașate la MBS - astfel, după ce a luat o greutate, manipulatorul o poate „parca” pe MBS și poate ajunge la alta.

Principalul manipulator al sistemului este, de fapt, un SSRMS de 17,6 metri, echipat cu șapte articulații motorizate. Greutatea proprie este de 1800 kg, iar greutatea maximă a sarcinii deplasate de manipulator poate ajunge la 116 tone (!). Cu toate acestea, în absența gravitației, acesta nu este un număr atât de mare; este limitată în primul rând de influenţa forţelor de inerţie.

În timpul misiunii STS-134, manipulatorul Shuttle Canadarm transferă marfa către manipulatorul ISS Canadarm2 - un palet de transport și depozitare pentru instalare pe stația orbitală.

Cel mai interesant element al sistemului este Dextre, un manipulator telescopic cu două brațe, aproape umanoid. A apărut pe ISS mult mai târziu - în 2008 cu misiunea STS-123. În exterior, Dextre seamănă cu un bărbat fără cap de 3,5 metri cu brațe lungi de 3,35 m. Interesant este că partea inferioară poate fi atașată atât la MBS, cât și la Canadarm2 în sine, prelungindu-l și mai mult și permițând operațiuni mai delicate.

La capetele brațelor Dextre, mecanismele OTCM (ORU/Tool Changeout Mechanisms) sunt instalate cu „fălci” încorporate, o cameră de televiziune și spoturi. În plus, mecanismele au o priză pentru unelte interschimbabile, care sunt stocate în „corp”.

În general, combinația dintre MBS, Canadarm2 și Dextre face posibilă „închiderea” nevoilor majorității stației - mutarea mărfurilor de diferite dimensiuni, modulele de andocare, transferul astronauților dintr-un punct în altul. Pentru fiecare funcție există diferite instrumente de „atașare”. Panoul de control principal se află pe modulul American Destiny, activat în februarie 2001, cel secundar este pe unitatea de revizuire European Cupola (instalată în 2010).

MSS este destul de capabil să descarce navete, să miște astronauți în timpul plimbărilor în spațiu și să andocheze noi module. Dar un sistem de manipulare încă nu este suficient - mai ales având în vedere creșterea treptată a ISS și apariția a tot mai multe unități și laboratoare noi. Prin urmare, pentru modulul Kibo, lansat în 2008, japonezii și-au dezvoltat propriul manipulator conceput pentru nevoile locale.

Cercul roșu

Totul este destul de simplu: odată cu creșterea numărului de module, MBS pur și simplu încetează să „atingă” la diferite capete ale ISS. În plus, în unele situații există o coadă întreagă pentru a utiliza sistemul de manipulare. Astfel, modulele noi pentru nevoi de laborator destul de modeste necesită „mâini” independente.

Comparație vizuală: manipulatorul inferior este SSRMS (Canadarm2), cel de sus este JERMMS japonez. A face o sarcină de colaborare este ca și cum ai mânca cu bețișoare.

Primul semn în această zonă a fost manipulatorul JERMMS, unde JEM este Modulul Experimental Japonez (modul experimental japonez), iar RMS este Sistemul de manipulare la distanță (sistem de manipulare controlat). JERMMS este instalat deasupra gateway-ului modulului Kibo și permite încărcarea sau scoaterea echipamentelor.

JERMMS este format din două elemente - „mâna” principală (Main Arm, MA) și cea auxiliară, concepută pentru lucrări fine (Small Fine Arm, SFA). „Brațul” mic este instalat deasupra celui mare - la fel cum Dextre poate fi o continuare a Canadarm2. În esență, manipulatorul japonez este o variație mai mică și simplificată a temei MSS, controlată de la un singur modul local și care efectuează sarcini în limitele nevoilor sale limitate.

douăsprezece stele

Judecând după tendințele emergente, în 10-15 ani ISS va fi „încărcat” cu manipulatoare mici, ca un arici cu ace. Mai mult, fiecare dintre ele va reduce rolul general al Canadarm2 original, creând o concurență sănătoasă. În special, în iarna 2013-2014 (lansarea a fost deja amânată de mai multe ori, o nouă dată este stabilită provizoriu pentru decembrie), un alt modul, „împovărat” cu un manipulator, va zbura către stație.

Robotul Dextre (SPDM) este instalat pe vârful manipulatorului Canadarm2 - acest lucru îi permite acestuia din urmă să efectueze sarcini mai delicate, iar primul să extindă semnificativ raza de acțiune.

De data aceasta, modulul va fi rusesc - acesta este complexul de laborator multifuncțional „Nauka”, iar manipulatorul va fi european. ERA (European Robotic Arm) a fost creat la centrul de cercetare al Agenției Spațiale Europene din orașul olandez Noordwijk. Zeci de ingineri din întreaga lume au lucrat la robot.

ERA vă permite să mutați încărcături mici (cu o greutate de până la 8 tone) în interiorul și în exteriorul modulului. În plus, manipulatorul este adaptat pentru a transporta și ține astronauții în timpul lucrului extern, ceea ce va economisi serios timp atunci când vă deplasați în spațiul cosmic. Este mult mai ușor să fii aruncat instantaneu cu ajutorul unui manipulator decât să te „târâști” mult timp și cu grijă de-a lungul suprafeței modulului. În configurația sa inițială, ERA a fost supranumit „Charlie Chaplin” pentru forma sa distinctivă a „corpului” atunci când este pliat.

Interesant, pe suprafața modulului vor exista mai multe elemente de fixare pentru manipulator, iar „brațul” este „față dublă”, adică este simetric, la ambele capete există prize care pot fi folosite pentru a instala unelte, sau poate funcționa ca elemente de fixare. Astfel, ERA nu trebuie să fie fixată rigid într-un singur loc. Se poate „deplasa” în mod independent într-o altă locație fixând mai întâi un capăt acolo și apoi desfacerea celuilalt din punctul de instalare original. În esență, ERA poate „mergi”.

Manipulatorul Canadarm2 îndeplinește prima sarcină oficială ca parte a ISS: aduce compartimentul ecluzului comun Quest în modulul American Unity (misiune STS-104)

Manipulatorul are trei segmente. În centru există o articulație a cotului care funcționează într-un singur plan, iar la capete există o combinație de „articulații” care poate schimba poziția „brațului” în diferite planuri. Lungimea totală a manipulatorului atunci când este desfășurat este de 11 m, în timp ce precizia de poziționare a obiectului este de 5 mm.

Secera și ciocanul

Trebuie spus că manipulatorii de pe Stația Spațială Internațională au o istorie care se întinde în trecut, când încă nu exista ISS. În special, Canadarm2 este dezvoltat pe baza tehnologiilor testate pe un alt manipulator - Canadarm. A fost creat la sfârșitul anilor 1970 și a intrat pentru prima dată în spațiu în 1981 cu naveta Columbia (misiunea STS-2).

Era un „braț” spațial de 15 metri cu șase grade de libertate. Cu ajutorul Canadarm - chiar înainte de apariția sistemelor mai avansate - a fost montată, asamblată întreaga bază a ISS etc. Timp de mulți ani, Canadarm a fost nu doar principalul, ci și singurul manipulator spațial cu mai multe segmente. , adică construit pe principiul mâinii umane. Ultima misiune care a folosit-o a fost STS-135 în iulie 2011; astazi o poti vedea doar intr-un muzeu. De exemplu, o copie a navetei Endeavour este păstrată la Muzeul Aerospațial Canadian din Ottawa.

Dar apare o întrebare. Astăzi, Rusia cooperează activ cu alte state în domeniul explorării spațiului. Pe ce manipulatoare s-au folosit, de exemplu,? În anii 1990, acestea erau tocmai „Canadarms”, deoarece în 1994 a fost lansat programul comun ruso-american Mir-Shuttle. Și înainte de asta, cele mai importante dispozitive de operare ale Mir au fost macaralele Strela (GSt).

Astăzi, două macarale Strela sunt folosite pe segmentul rusesc al ISS. În proiectare, sunt fundamental diferite de manipulatoarele segmentare - au o structură telescopică de 15 metri. Se poate contracta și se poate roti, dar are mult mai puține grade de libertate decât Canadarm sau ERA. În plus, fiecare dintre modulele Mir a fost echipat cu un braț robotizat cu o prindere - ceva ca un mic manipulator de macara fără segmente. Acestea au fost utilizate în principal pentru instalarea de noi module de stație.

Cu toate acestea, pentru Buran, Institutul Central de Cercetare și Dezvoltare de Robotică și Cibernetică Tehnică a dezvoltat odată un analog sovietic al Canadarm - manipulatorul Stork. În design, practic nu a fost diferit de Canadarm - aceleași șase grade de libertate, două legături ușoare din fibră de carbon („umăr” și „cot”). Dar „Stork”, destul de perfect din punct de vedere tehnic, a avut ghinion.

Programul Buran a fost suspendat după un singur zbor de probă, timp în care brațul robotizat nu a fost instalat. „Berzele” nu au fost niciodată folosite în spațiu; Mai mult, evoluțiile lor nu au servit nici măcar nevoilor Mir și ale ISS. Drept urmare, acest manipulator a fost testat cu succes pe stand, dar a rămas unul dintre proiectele neterminate la scară largă ale erei sovietice.

Lucrat manual

Sistematizând informațiile, putem concluziona că odată cu creșterea numărului de țări care participă la ISS, va crește și varietatea manipulatorilor. La început s-au descurcat cu un „Canadarm” (și pe „Mir” - „Strela”), apoi ISS a necesitat un sistem extins - au apărut Canadarm2 și Dextre. Acum, fiecare modul nou necesită propriul său sistem de marfă - așa au fost dezvoltate JERMMS și ERA. În timp, segmentul rus va trebui să se angajeze și în propriile dezvoltări, mai ales că există tehnologii create și testate pentru Aist.

Probabil că toată lumea a văzut fotografii ale ISS măcar o dată. Care crezi că este cea mai importantă componentă a acesteia? Spații de locuit? module de laborator? Panouri anti-meteori? Nu. Te poți descurca fără vreun modul. Dar nu există nicio cale fără manipulatoare spațiale. Acestea au servit la descărcarea și încărcarea navelor, pentru a ajuta la andocare și pentru a permite efectuarea tuturor lucrărilor externe. Fără ele stația este moartă.

Vara 2005 Astronautul Stephen Robinson stă pe platforma picioarelor montată pe manipulatorul SSRMS, sau Canadarm2 (misiunea STS-114).

Tim Skorenko

Nu sunt mulți dintre ei. Cel mai cunoscut (și utilizat în prezent pe ISS) sistem mobil este MSS, mai des numit Canadarm2, deși de fapt Canadarm2 este doar unul dintre elementele sale. Sistemul a fost dezvoltat de compania canadiană MDA Space Missions pentru Agenția Spațială Canadiană și a fost o dezvoltare a dispozitivului Canadarm mai simplu folosit pe navetele americane. În viitorul apropiat, ar trebui trimis la stație un sistem „concurent”, European Robotic Arm (ERA), dezvoltat de specialiști de la Centrul European de Cercetare și Tehnologie Spațială, cu sediul în orașul olandez Noordwijk. Dar mai întâi lucrurile.

15 iulie 2001. Manipulatorul Canadarm2 își îndeplinește prima sarcină oficială ca parte a ISS: aduce compartimentul de blocaj comun Quest la modulul American Unity (misiune STS-104).

frunză de arțar

Stația Spațială Internațională a fost pusă în funcțiune în 1998, iar pe 19 aprilie 2001, nava spațială americană STS-100 a pornit spre ea, transportând o marfă de o importanță extraordinară. Sarcina principală a echipajului a fost să livreze manipulatorul de la distanță SSRMS (Canadarm2) către ISS și să-l instaleze. Sistemul a fost instalat cu succes - a devenit contribuția globală a agenției canadiane la construcția stației internaționale. Sistemul MSS este format din trei componente principale: manipulatorul principal (SSRMS, aka Canadarm2); manipulator cu scop special (SPDM, cunoscut și sub numele de Dextre) și sistem de bază de servicii mobile (MBS).

18 mai 2011. În timpul misiunii STS-134, manipulatorul Shuttle Canadarm transferă marfa către manipulatorul ISS Canadarm2 - un palet de transport și depozitare pentru instalare pe stația orbitală.

La capetele brațelor Dextre sunt instalate mecanisme OTCM (ORU/Tool Changeout Mechanisms) cu „fălci”-prindere încorporate, o cameră de televiziune și spoturi.În plus, mecanismele au o priză pentru unelte interschimbabile care sunt depozitate în „tors”.

2008 Comparație vizuală: manipulatorul inferior este SSRMS (Canadarm2), cel de sus este JERMMS japonez. A face o sarcină de colaborare este ca și cum ai mânca cu bețișoare.

În general, combinația dintre MBS, Canadarm2 și Dextre ne permite să „închidem” nevoile majorității stației - mutați mărfuri de diferite dimensiuni, module de andocare, transferăm astronauți dintr-un punct în altul. Pentru fiecare funcție există diferite instrumente de „atașare”. Panoul de control principal se află pe modulul American Destiny, activat în februarie 2001, iar panoul de control secundar se află pe review-ul European Cupola (instalat în 2010).

2008 Robotul Dextre (SPDM) este instalat pe vârful manipulatorului Canadarm2 - acest lucru îi permite acestuia din urmă să efectueze sarcini mai delicate, iar primul să extindă semnificativ raza de acțiune.

Cercul roșu

JERMMS este format din două elemente - „mâna” principală (Main Arm, MA) și cea auxiliară, concepută pentru lucrări fine (Small Fine Arm, SFA). „Brațul” mic este instalat deasupra celui mare - în același mod în care Dextre poate fi o continuare a Canadarm2. În esență, manipulatorul japonez este o variație mai mică și simplificată a temei MSS, controlată de la un singur modul local și care efectuează sarcini în limitele nevoilor sale limitate.

douăsprezece stele

anul 2013. Datorită faptului că manipulatorul ERA există în prezent doar în condiții de laborator, artiștilor li se oferă libertate deplină de acțiune. Schița arată o ERA care sprijină un astronaut (nu un astronaut! - modulul este rus) în timp ce lucrează în spațiul cosmic.

Secera și ciocanul

Era un „braț” spațial de 15 metri cu șase grade de libertate. Cu ajutorul Canadarm - chiar înainte de apariția sistemelor mai avansate - a fost montată întreaga bază a ISS, a fost asamblată telescopul Hubble etc. Timp de mulți ani, Canadarm a fost nu doar principalul, ci și singurul spațiu. manipulator cu mai multe segmente, adică construit pe principiul mâinii umane . Ultima misiune care a folosit-o a fost STS-135 în iulie 2011; astazi o poti vedea doar intr-un muzeu. De exemplu, o copie a navetei Endeavour este păstrată la Muzeul Aerospațial Canadian din Ottawa.

Dar apare o întrebare. Astăzi, Rusia cooperează activ cu alte state în domeniul explorării spațiului. Ce manipulatoare au fost folosite, de exemplu, la stația Mir? În anii 1990, acestea erau tocmai „Canadarms”, deoarece în 1994 a fost lansat programul comun ruso-american Mir-Shuttle. Și înainte de asta, cele mai importante dispozitive de operare ale Mir au fost macaralele Strela (GSt).

Astăzi, două macarale Strela sunt folosite pe segmentul rusesc al ISS. În proiectare, acestea sunt fundamental diferite de manipulatoarele segmentate - au o structură telescopică de 15 metri. Se poate contracta și se poate roti, dar are mult mai puține grade de libertate decât Canadarm sau ERA. În plus, fiecare dintre modulele Mir a fost echipat cu un braț robotizat cu o prindere - ceva ca un mic manipulator de macara fără segmente. Acestea au fost utilizate în principal pentru instalarea de noi module de stație.

1988 Manipulatorul „Stork” pe un stand care simulează imponderabilitate. Se simulează instalarea manipulatorului pe partea tribord a Buranului; la punctele de articulare dispozitivul este suspendat pe noduri speciale.

Cu toate acestea, pentru Buran, Institutul Central de Cercetare și Dezvoltare de Robotică și Cibernetică Tehnică a dezvoltat odată un analog sovietic al Canadarm-ului, manipulatorul Stork. În design, practic nu a fost diferit de Canadarm - aceleași șase grade de libertate, două legături ușoare din fibră de carbon („umăr” și „cot”). Dar „Stork”, destul de perfect din punct de vedere tehnic, a avut ghinion.

Lucrat manual

Și dacă China își implementează grandiosul program Tiangong („Palatul Ceresc”), atunci în următorii ani rândurile manipulatorilor spațiali vor fi completate cu un număr semnificativ de modele chineze. Cu toate acestea, marca „Made in China” sună destul de mândru în aceste zile, mai ales când vine vorba de tehnologia spațială.