Vesoljski manipulatorji. Zasnova Burana: vgrajeni sistemi Manipulatorji z umetno inteligenco za vesoljska plovila

Intervju

21.09.2016 09:41

RUSKI ČASOPIS. ALEKSANDER GREBENŠIKOV. AVATAR, POZNAM TE!

Državna korporacija ROSCOSMOS bo za ustvarjanje robotov za delo v vesolju namenila skoraj 2,5 milijarde rubljev. Kakšni "mehanični astronavti" so potrebni zunaj vesoljske postaje? Kakšne teste gredo "kiberisti", preden jih spustijo v orbito? Kateri ruski robot geolog je zasnovan za Mars? O tem za RG pripoveduje Aleksander GREBENŠIKOV, vodja laboratorija za vesoljsko robotiko na Centralnem raziskovalnem inštitutu za strojništvo (TsNIIMash).

- Aleksander Vladimirovič, torej kakšni roboti so potrebni za delo v vesolju?

Sprva so to roboti za operativno podporo zunajladijskim dejavnostim astronavtov. Se pravi pomočniki. In potem roboti, ki bodo »samostojno« izvajali vzdrževanje opreme in komponent na zunanjih površinah postaje. Na primer vizualni pregled, tehnološke in popravilne operacije, vzdrževanje znanstvenih instrumentov itd.

-Katere so glavne zahteve za kibernetske astronavte?

Glavna stvar je zagotoviti varnost ljudi v bližini in samega predmeta - postaje ali ladje. To pomeni, da dejanja robotov ne smejo povzročiti izrednih ali nenormalnih situacij. Drugi je učinkovita funkcionalnost robota. In tretjič, njegova visoka zanesljivost in odpornost na škodljive dejavnike v prostoru.

Robotski avatarji bodo najbolj vsestranski stroji za kompleksne operacije na Luni in drugih planetih. In kakšne prednosti ponujajo?

Dva sta neizpodbitna: zmanjšanje tveganj za življenje in zdravje posadke pri delu v vesolju ter zmanjšanje stroškov. Lahko rečem, da vsaka ura dela astronavtov zunaj stane po različnih ocenah od 2 do 4 milijone dolarjev. Številke govorijo same zase. Poleg tega bo uporaba robotov v prihodnosti za izvajanje rutinskih operacij na postajah s posadko sprostila dodaten čas posadke za počitek ali reševanje drugih perečih problemov.

Kolikor vem, je Rusija že razvila prvi robotski sistem, ki bo pomagal astronavtom v vesolju? Ali natančneje, prototip?

Da, razvoj dizajna poteka že tri leta. Na podlagi začetnih podatkov TsNIIMash je podjetje Android Technology izdelalo zemeljski prototip androidnega vesoljskega robota SAR-401. Konec leta 2014 je na CPC poimenovan po. Yu.A. Gagarina so bili izvedeni njegovi funkcionalni testi. Robot je v oddaljenem načinu pod nadzorom operaterja uspešno izvajal standardne operacije: preklopil stikala, prijemal orodje, delal z mehanskimi ključavnicami, električnimi konektorji, pregledoval površino s televizijskimi kamerami, osvetljeval delovni prostor astronavtov, spuščal in dvigoval vizir čelade skafandra in obrisal okensko steklo.

Kasneje so bili razviti preliminarni načrti robotskega transportnega in manipulacijskega sistema za podporo zunajvehikularnim dejavnostim, pa tudi antropomorfni robot Andronaut. Razviti so bili prototipni vzorci in opravljeni so bili laboratorijski testi.

Kako izgleda ruski vesoljski robonavt? Katere teste mora opraviti, preden gre v orbito?

Kar se tiče robota SAR-401, je podoben osebi. Toda zaenkrat brez nog: bolj smotrno ga je premikati po vesoljski postaji s transportnim manipulatorjem. Njegove "roke" in "prsti" imajo enake dimenzije in stopnjo gibljivosti kot osebe, nadzor pa se izvaja z eksoskeletom, ki ga nosi operater. Robot natančno ponavlja vse gibe operaterja, ki na daljavo nadzoruje delo s pomočjo čelade navidezne resničnosti v stereo slikah. Oddajajo ga televizijske kamere, ki se nahajajo znotraj robotove "glave".

Preden gre v orbito, mora robot opraviti številne resne preizkuse: toplotni vakuum, odpornost na vibracije in sevanje, elektromagnetno združljivost in številne druge.

- Je tu pomembna enotnost oblike in vsebine? V katero smer se premika oblikovalska misel?

Kar zadeva robota android, brez dvoma. Strukturno mora biti popolnoma kinematično podoben človeku. Le tako bo lahko izvajal »fine« operacije, značilne za motoriko človeških rok in prstov. Poleg tega je humanoidni videz robota bolj primeren za opravljanje funkcije psihološke podpore astronavtom.

Vesoljski roboti pajki, roboti kače, roboti opice itd. - je to polet domišljije za oblikovalce? Ali pa so takšne oblike nujne?

V nekaterih primerih so takšne oblike nujne. Na primer, pajkom podobni roboti so bolj primerni za plezanje po strmih in ohlapnih pobočjih kraterjev. So bolj stabilni in jih je mogoče izvleči z nogami manipulatorja tudi iz obrnjenega položaja. Toda za gibanje znotraj ozkih labirintov ali cevi - serpentinastih.

- Kateri materiali se razvijajo za zaščito robotov pred sevanjem, mikrodelci in mikrometeoriti?

Elektronsko "polnilo" robota je zaščiteno pred mikrodelci s svojim telesom. Izdelan je iz tradicionalnih vesoljskih materialov: aluminijevih zlitin, titana, kompozitov. V mehatronskih in elektronskih sistemih robota bodo uporabljene komponente, odporne na sevanje, ter električni in radijski izdelki, uporabljene bodo metode redundance kritičnih komponent in sistemov.

Mnogi znanstveniki trdijo: v vesolju morajo delovati samo avtomatski stroji, človeka ni treba tvegati. Toda eden od kozmonavtov je nekoč rekel: »Pri odhodu v vesolje je bilo treba nekaj zamenjati. Nadzorni center pravi: "Vzemite ključ za 14." Vzel sem ga in ko sem se približal sistemu, sem ugotovil: mora biti drug ključ. Ali bi robot dokončal mojo nalogo s ključem 14? št. In uspelo mi je." Se izkaže, da roboti ne zmorejo vsega?

Robotov z napredno umetno inteligenco namreč še ni mogoče ustvariti, da bi povsem nadomestili človeka v vseh situacijah v vesolju. Pa ne samo tam. Vendar v mnogih primerih robotom v vesolju ni alternative. To velja za opravljanje tako nevarnega in delovno intenzivnega dela, kot je na primer vzdrževanje vesoljskih jedrskih elektrarn v bližnji prihodnosti, gradbena in inštalacijska dela za ustvarjanje lunarnih in planetarnih baz, raziskave asteroidov in oddaljenih planetov. Toda hkrati bodo roboti nadzorovani ali nadzorovani s strani osebe. Zato zdaj poteka aktivno delo za izboljšanje vmesnikov robot-človek, kot tudi prilagodljivo avtonomno vedenje robotov in skupinsko interakcijo robotov med seboj.

- Kakšna kozmična prihodnost čaka robotske avatarje? Ali jih je težko upravljati?

Robotski avatarji, tj. Humanoidni roboti (androidi), ki jih nadzira človek in kopirajo njegova gibanja, bodo v prihodnosti najbolj univerzalni stroji za izvajanje kompleksnih operacij na vesoljskih objektih v vesolju blizu Zemlje, na Luni in drugih planetih. Metode za nadzor androidov se zdaj aktivno razvijajo. In upravljanje androidov seveda zahteva nekaj usposabljanja.

Zakaj znanstveniki pravijo, da bodo avatarji lahko delovali le v bližini Zemlje? Na primer na Luni ali vesoljskih postajah? Zaradi zakasnitve signala?

To je pogosta težava pri daljinskem nadzoru teleoperaterja. Če so povratni signali zakasnjeni za več kot dve sekundi, lahko pride do neusklajenosti med dejanji operaterja in robota. In to je neuspeh naloge. V bližini Zemlje (ob neposredni radijski vidljivosti) so zamude kontrolnih signalov relativno majhne - manj kot 0,2 sekunde.

Kar zadeva Luno, je skupna zamuda (tam in nazaj) že več kot 2,5 sekunde. To je na primer povzročilo težave pri nadzoru sovjetskega lunarnega roverja. Zato je bolje nadzorovati avatarje na Luni z lunarne orbitalne postaje ali iz predelkov lunine baze pod pritiskom. Uporabljati tudi metode nadzornega nadzora z elementi umetne inteligence, vključno s prepoznavanjem slike, avtonomno navigacijo in odločanjem.

- Kaj se zdaj dogaja z ruskima robotoma SAR-401 in Andronavtom? Kdaj lahko gredo delat v vesolje?

Na osnovi SAR-401 bodo v okviru vesoljskega eksperimenta Teledroid izdelali prototip letenja, ki bo leta 2020 dostavljen na ISS. Na novem znanstveno-energetskem modulu ruskega segmenta bo pod nadzorom astronavta izvajal izvenladijske dejavnosti. Kar se tiče Andronavta, bo ta sistem najverjetneje razvit kot sredstvo za psihološko in informacijsko podporo astronavtu znotraj orbitalne postaje. Podobno kot japonski humanoidni robot Kirobo.

- Kateri roboti so trenutno na ISS?

Na zunanji površini ISS je vesoljski manipulator Canadarm2 s "šobo" Dextre, japonski manipulator JEMRMS za servisiranje breztlačne platforme EF modula Kibo in dva ruska mehanska tovorna manipulatorja Strela. Znotraj ISS sta ameriški androidni robot Robonaut R2 in japonska "lutka robot" Kirobo.

Američani napovedujejo veliko prihodnost pajkom podobnim robotom SpiderFab, ki bodo gradili vesoljske hiše. Kakšen sistem je to?

SpiderFab bo uporabljen za gradnjo vesoljskih struktur. Tukaj sta dve glavni tehnologiji. Najprej naprava z imenom Trusselator, ki jo zdaj uspešno testirajo v laboratoriju: gre za nekakšno sintezo 3D-tiskalnika in pletilnega stroja. Na eni strani cilindričnega telesa je navitje sukanca (naprava kot surovino uporablja karbonska vlakna), na drugi strani pa je ekstruder, skozi katerega se iztisnejo tri glavne cevi bodoče farme. Nosilec je okrepljen z navijanjem z nitjo. Posledično lahko približno meter dolga naprava ustvari več deset metrov dolgo kmetijo.

Nato bo naprava, imenovana robot Trusselator, z uporabo manipulatorja in posebnega varilnega stroja lahko povezala originalne nosilce v velike kompleksne strukture in jih prekrila s solarnimi paneli, odsevnim filmom ter izvajala druge operacije, odvisno od ciljev misije.

Na splošno nam bo tehnologija SpiderFab omogočila, da preidemo na proizvodnjo komičnih struktur, dolgih kilometrov! Trenutno imajo strukture, ki se pošiljajo v vesolje, ogromno presežno varnostno rezervo, da prenesejo preobremenitve med izstrelitvijo. Običajno takšne težke konstrukcije v vesolju niso potrebne, vendar je potrebna zelo velika velikost, na primer za interferometrske teleskope. Naprave SpiderFab vam bodo omogočile gradnjo prav takih struktur: lahkih, velikih in z nizkimi stroški življenjskega cikla.

Povedati je treba, da so idejo o ustvarjanju velikih nosilcev velike dolžine v vesolju proučevali sovjetski znanstveniki že v poznih 80. letih prejšnjega stoletja. Da bi to naredili, je TsNIIMash načrtoval uporabo nosilne montažne enote na osnovi vesoljskega plovila z dvema programskima manipulatorjema, ki bi v programskem načinu sestavila rešetko iz standardnih palic iz ogljikovih vlaken in jih povezala z elementi vozlišča. Palice in elementi so bili vzeti iz kasetnega skladišča na krovu aparata. Vsaka palica je na obeh koncih opremljena s posebej zasnovanimi magnetomehanskimi, samozateznimi zaklepi brez zračnosti. Z uporabo istih manipulatorjev smo po montaži vsakega odseka celoten nosilec premaknili nazaj po valjčnih vodilih, znotraj montažne enote votlega nosilca, s čimer smo sprostili prostor za gradnjo naslednjega dela nosilca.

Izdelovali so magnetno-mehanske ključavnice, paličaste elemente, sklope, procese robotskega sestavljanja kmetijskih odsekov s sovjetskimi industrijskimi roboti RM-01 pa so testirali na velikih maketah. Kot lahko vidite, je tehnologija SpiderFab pravzaprav oživitev dobro znane ideje na novi tehnološki ravni z uporabo 3D tiskanja.

- Kakšno robotsko vesoljsko rokavico so razvili Američani? Imamo kaj podobnega?

RoboGlove je bil zasnovan za povečanje moči človekovega oprijema v prostoru. Pri izdelavi so bile uporabljene tehnologije, uporabljene pri razvoju humanoidnega robota Robonauta. NASA je izjavila, da lahko uporaba takšne rokavice zmanjša obremenitev mišic osebe za več kot polovico. V Rusiji podobnih rokavic niso razvili ločeno, v tekočih raziskavah pa je bila pozornost namenjena eksoskeletu moči.

Nedavno sem videl videoposnetek: prihodnji čistilec vesoljskih odpadkov, ki ga razvija ESA, se uči loviti drone. zanimivo Kaj ponujajo ruski robotiki za rešitev tega problema?

V Rusiji trenutno potekajo raziskave o problemih servisiranja vesoljskih objektov, vključno s problemom odlaganja vesoljskih odpadkov. Potekajo načrtovalne in iskalne raziskave, vključno z razvojem vesoljskih plovil z manipulatorji za zajemanje izrabljenih satelitov, njihovih drobcev, in jih nato odpeljejo v posebno tako imenovano orbito za odlaganje ali v Zemljino atmosfero, kjer bodo ob padcu zgoreli.

- Ali je robot za popravilo satelitov fantazija ali resničnost?

Danes to ni več fantazija, ni pa še realnost. Tako v tujini kot pri nas poteka raziskovalno delo, namenjeno reševanju tega perečega problema. Popravilo dragih satelitov v vesolju bo povečalo njihovo aktivno življenjsko dobo in s tem zmanjšalo stroške vzdrževanja zahtevane sestave satelitskih konstelacij. Toda za to je treba spremeniti ideologijo ustvarjanja samih satelitov in vesoljskih plovil

njihova popravljivost vsaj na ravni zamenjave standardnih standardiziranih elementov in blokov. In to težavo morajo rešiti snovalci novih obetavnih satelitov in vesoljskih plovil.

Ali ruski oblikovalci načrtujejo razvoj novih roverjev za Mars? Američani recimo stavijo na Valkire, ki naj bi bile po svojih zmogljivostih veliko bolj napredne kot Curiosity. Kaj imamo?

V Rusiji je bila razvita zasnova univerzalne samohodne platforme "Robot Geologist". Opremljen bo z manipulatorjem, napravo za sečnjo in vrtanje ter celotnim kompleksom znanstvenih instrumentov, ki so potrebni za izvajanje geoloških in geofizičnih raziskav na površini Lune in Marsa. Vključno s potresnim izvidovanjem z nizom eksplozij, zbiranjem in dostavo stratificiranih talnih stebrov iz globine do 3 m vzdolž poti, dolge do 400 km itd. Razvoj nam omogoča, da se približamo razvojnemu delu pri ustvarjanju takšnih rover, ki po funkcionalnosti ni slabši od Curiosityja.

Vizitka

GREBENŠIKOV Aleksander Vladimirovič, rojen leta 1958. Visokošolska izobrazba, leta 1981 diplomiral na oddelku za radiotehniko Moskovskega inštituta za elektrotehniko. Poklicno se ukvarja z vesoljsko robotiko od leta 1986, dela na glavnem znanstvenem inštitutu ROSCOSMOS, FSUE TsNIIMash. Vodja Laboratorija za vesoljsko robotiko Zveznega državnega enotnega podjetja TsNIIMash, strokovnjak strokovnega sveta Nacionalnega centra za razvoj tehnologij in osnovnih elementov robotike Fundacije za napredne raziskave Ruske federacije.

Besedilo: Natalia Yachmennikova

Ruski časopis - Zvezna izdaja št. 7080 (212)

Moskovski letalski inštitut

(Nacionalna raziskovalna univerza)

Tehnologija izdelave delov

Povzetek na temo:

Vesoljski manipulatorji

Dokončana čl. gr. 06-314

Zverev M.A.

Preverjeno:

Beregovoi V.G.

Moskva 2013

Manipulatorji modulov DOK "Mir"

V dolgoročnem orbitalnem kompleksu (postaji) Mir (DOK) so bili kot del modulov uporabljeni manipulatorji, tako na zamenljivih modulih kot na osnovni enoti. Ti manipulatorji so se razlikovali po svojih nalogah in izvedbi.

Na modulih Kvant-2, Spectrum, Kristall in Priroda je bil na njihovih zunanjih površinah v bližini glavne priklopne postaje nameščen manipulator. Glavna naloga tega M je bila, da po priklopu na osnovno enoto (na vzdolžno priklopno enoto PxO) ponovno priklopi modul na drugo priklopno enoto, katere os leži v stabilizacijskih ravninah I-III. II-IV. Isti manipulator je bil uporabljen za ponovno priklop modulov med delovanjem kompleksa. Za te operacije sta bili na zunanji sferični površini PxO med stabilizacijskimi ravninami pod sferičnim kotom 45 0 nameščeni 2 posebni priključni enoti, na kateri je bil priklopljen manipulator modula. Po priključitvi na to vozlišče se je modul odklopil od vzdolžnega priključnega vozlišča in premaknil na najbližje prosto "pravokotno" priključno vozlišče, običajno na I-II ali III-IV. Ta manipulator je treba razvrstiti kot transportni (transportni) manipulator, ki deluje po programu od točke do točke.

Manipulatorji osnovne enote (“Strela”)

Razred transportnih manipulatorjev vključuje tudi "tovorni sistem" "Strela", nameščen na osnovni enoti kompleksa. Ta sistem je bil namenjen transportu tovora iz modulov na površino osnovne enote. Po oblikovanju "zvezdaste" zasnove DOK-a so bile vse izhodne lopute skladišča zasedene in potrebno opremo je bilo mogoče dostaviti le iz drugih končnih loput modulov. Da bi olajšali delo posadke, sta bili na površini DOK, na stabilizacijskih ravninah II in IV na mestih, kjer je bil pritrjen oklep glave, nameščeni dve "puščici". Na sliki 1. Navedeno je delo, ki je zahtevalo pomoč tega manipulatorja.

Diagram in fotografija "puščice" sta predstavljena na sliki 1.

Domači mehanski manipulatorji " Puščica", izdelan v obliki teleskopske palice, razporejene okoli dveh osi, se na ISS uporablja za premikanje astronavtov po zunanji površini postaje. Žerjavi nameščeni na modulu "pomol"<#"654688.files/image004.gif"> <#"654688.files/image005.gif">

Dexter je videti kot brezglavi trup, opremljen z dvema izjemno gibljivima rokama, dolgima 3,35 m. Tri in pol metre veliko telo ima os vrtenja v "pasu". Ohišje je opremljeno z prijemalno napravo na enem koncu, s katero ga lahko Canadarm 2 zgrabi in prenese SPDM na katero koli orbitalno nadomestno enoto (ORU) na postaji. Na drugem koncu telesa je robotski aktuator, skoraj enak organu Kandarm, tako da je SPDM mogoče pritrditi na prijemalne naprave ISS ali pa ga uporabiti za razširitev funkcionalnosti Kandarma2.

Obe roki SPDM imata sedem zglobov, kar jima daje enako prožnost kot Canadarm 2 v kombinaciji z večjo natančnostjo. Na koncu vsake roke je sistem, imenovan orbitalna nadomestna enota/mehanizem za menjavo orodja (OTCM). Vključuje vgrajena prijemala, zložljivo glavo, enobarvno televizijsko kamero, osvetlitev ozadja in razdeljeni priključek, ki zagotavlja napajanje, izmenjava podatkov in video nadzor tovora.

Na dnu ohišja Dexter je par usmerjenih barvnih slikovnih kamer z osvetlitvijo, platforma za shranjevanje ORU in torbica za orodje. Torbica je opremljena s tremi različnimi orodji, ki se uporabljajo za opravljanje različnih nalog na ISS.

Manipulator Canadarm

je bila robotska roka, prvotno namenjena uporabi na krovu vesoljskega plovila. Canadarm je bil naročen leta 1975 in je prvič poletel leta 1981 in je bil pomemben tehnični napredek v zgodovini človeških vesoljskih poletov. Canadarm je pokazal potencialno uporabo robotskih naprav v vesolju in se tudi trdno uveljavil v inženiringu pri raziskovanju vesolja. Za uporabo na različnih misijah je bilo izdelanih več iteracij naprave. Sestavljena je iz dolgih rok z zankami, ki se upravljajo robotsko iz pilotske kabine. Canadarm je uradno znan kot sistem rotacijskega daljinskega manipulatorja (SRM) in je zasnovan za astronavte, da premikajo tovor v ali iz vesoljskih plovil. Lahko se uporablja tudi za druga opravila, od popravila teleskopa Hubble do sestavljanja Mednarodne vesoljske postaje (ISS). Na ISS je bila nameščena druga generacija naprav, "Canadarm-2".

Agencije, kot je Nacionalna uprava za aeronavtiko in vesolje (NASA), lahko najamejo razvojno delo na različnih vidikih vesoljskih poletov. Medtem ko agencije pogosto raje sodelujejo z domačimi podjetji, mednarodno sodelovanje ni neobičajno, kar dokazuje uporaba Canadarma. NASA je naročila napravo, ki se lahko uporablja za nadzor prenosa koristnega tovora in se lahko uporablja za druge dejavnosti v vesolju, kjer je treba zajeti predmete in jih manipulirati. Med njihovo uporabo se različni modeli Canadarm nikoli niso odpovedali, čeprav je bil uničen leta 2003. kot posledica naravnih nesreč.

Canadarm je bil prvič uporabljen na raketoplanu Columbia med misijo STS-2 leta 1981. Med svojim delovanjem je manipulator Canadarm sodeloval v 50 misijah in opravil 7000 obratov okoli Zemlje, pri čemer je deloval brez ene same okvare. Robotska roka je bila uporabljena za prijem Hubblovega teleskopa, premikanje in raztovarjanje več kot 200 ton komponent ISS in premikanje astronavtov.

Manipulator je bil nameščen v tovornem prostoru shuttlea, ki je bil daljinsko nadzorovan iz kabine. Ima 6 prostostnih stopenj. Načelo delovanja mehanizma za zajemanje je podobno kot pri zaslonki fotoaparata.

Značilnosti:

Dolžina - 15,2 m (50 ft);

Premer - 38 cm (15 palcev);

Masa praznega vozila - 410 kg (900 lb);

Teža kot del celotnega sistema - 450 kg

Daljinsko vodeni manipulator (RMS) "CANADARM" je bil nameščen na Space Shuttle. Možna je vzpostavitev dveh krakov DUM. Naenkrat lahko dela samo ena roka. Glavni namen RMS (RMS) so prevozi:

dostava predmetov iz organizirane kriminalne združbe, namestitev predmetov v organizirano kriminalno združbo, premik astronavtov, dodeljenih na "oddaljeno delovno mesto" (RWP), do predmeta v organizirani kriminalni združbi;

zagotavljanje tehnoloških operacij:

podpora, zavarovanje, pozicioniranje orodja in osebe.

RMS Canadarm je oblikoval in izdelal Spar Aerospace. Razvoj in proizvodnja prvega vzorca - 70 milijonov dolarjev. Naslednje 3 "roke" so bile izdelane za 60 milijonov dolarjev. Skupno jih je bilo izdelanih 5 (roke 201, 202, 301, 302 in 303) in prenesene v Naso. Arm 302 izgubljen v nesreči Challengerja. Življenjska doba - 10 let, 100 letov.

Diagram manipulatorja RMS Canadarm je prikazan na sliki 2.

Oblikovanje

Bela prevleka strukture, ki deluje kot termostatska oprema za vzdrževanje zahtevane temperature opreme v vakuumskih pogojih, preprečuje dvig temperature roke pod sončnimi žarki in štrli proti vesoljskemu mrazu, ko je roka v senci.

	15,2 m (50 čevljev)

Teža na Zemlji	410 kg (905 lbs.)
Hitrost gibanja	Neobremenjen: 60 cm na sekundo - obremenjen: 6 cm na sekundo
Zgornji in spodnji roki	Ogljikov kompozitni material
	Tri stopnje gibanja (naklon/odklon/nagibanje)
	Ena stopnja gibanja (nagib)
	Dve stopnji gibanja (naklon/odklon)
Translacijski ročni krmilnik	Gibanje roke desno, gor, dol naprej in nazaj
Rotacijski ročni krmilnik	Nadzira nagib, zavijanje in odklon roke

Izkoriščanje

Canadarm je bil prvič uporabljen na raketoplanu Columbia med misijo. STS-2<#"654688.files/image008.gif">

Po nesreči raketoplana "Columbia" (let STS-107<#"654688.files/image009.gif">

Evropski manipulator ERA.

ManipulatorKIBO”

Diagram japonskega modula ISS JEM je prikazan na sliki 4. Fizični parametri modula so predstavljeni v tabeli 3.

Japonska eksperimentalna enota "Kibo", kar pomeni upanje, je prvi japonski orbitalni laboratorij. "Kibo" je sestavljen iz štirih modulov:

Znanstveni laboratorij (RM):

To je osrednji del bloka, ki bo omogočal izvajanje vseh vrst eksperimentov v breztežnostnih razmerah. V modulu je nameščenih 10 eksperimentalnih blokov. Sam modul je velikosti avtobusa.

Eksperimentalni prtljažni modul (ELM-PS):

Igra vlogo skladišča opreme, v katerem so nameščeni premični kontejnerji. Lahko jih prevažajo z vesoljskim raketoplanom.

Zunanja tovorna enota (EF):

Nenehno je v vesolju. Namenjen bo odlaganju odpadkov. Vsebuje zamenljive posode za smeti, ki jih zavržemo, ko so polne.

Manipulatorska roka (JEM RMS):

Služil bo zunanjemu tovornemu bloku. Glavna roka nosi težke predmete, medtem ko se majhna snemljiva roka uporablja za občutljiva dela. Roka manipulatorja je opremljena z video kamero, ki omogoča natančen nadzor gibov roke.

Na vse module bodo pritrjeni tudi majhni bloki za prtljago.

Fizični parametri:

Tabela 3.

Literatura

1 http://www.myrobot.ru

http://www.dailytechinfo.org

http://ru.wikipedia.org

Oblikovanje



	410 kg (905 lbs.)
Hitrost gibanja	Neobremenjen: 60 cm na sekundo Obremenjeno: 6 cm na sekundo
Zgornji in spodnji roki	Ogljikov kompozitni material
	Tri stopnje gibanja (naklon/odklon/nagibanje)
	Ena stopnja gibanja (nagib)
	Dve stopnji gibanja (naklon/odklon)
Translacijski ročni krmilnik	Gibanje roke desno, gor, dol naprej in nazaj
Rotacijski ročni krmilnik	Nadzira nagib, zavijanje in odklon roke

Izkoriščanje

Canadarm je bil prvič uporabljen na raketoplanu Columbia med misijo. STS-2 leta 1981. Med svojim delovanjem je manipulator Canadarm sodeloval v 50 misijah in opravil 7000 obratov okoli Zemlje, pri čemer je deloval brez ene same okvare. . Manipulator je bil uporabljen za oprijem teleskopa Hubble, premikanje in raztovarjanje več kot 200 ton komponent ISS in premikanje astronavtov.

Po nesreči raketoplana "Columbia" (let STS-107) v začetku leta 2003 je Columbia Accident Investigation Board (CAIB) oblikoval mandat za izboljšanje programa Shuttle. Ena od zahtev za Naso je bil razvoj dodatka ("para") za Canadarm v obliki Orbiter Boom Sensor System(OBSS), ki mora vsebovati orodja za pregledovanje zunanje površine podvozja raketoplana TSR pred vrnitvijo. Na podlagi tehnologije in izkušenj, ki jih je pridobil MDA (prej Spar Aerospace) pri izdelavi več generacij vesoljskih manipulatorjev, je MDA razvil razširitev raketoplana Space Shuttle: robotsko roko, ki je sposobna izvajati preglede toplotnih zaščitnih sistemov raketoplana v orbiti. Inspection Attachment Bar (IBA) je imel pomembno vlogo pri pregledu sistema toplotne zaščite raketoplana.

splošne informacije

Inšpekcijska palica je temeljila na obstoječih rešitvah Canadarm in je v bistvu enaka zasnova, le da so bili spoji rok zamenjani z aluminijastimi adapterji, ki so adapterje učinkovito pritrdili v nosilec. Konica puščice je bila zasnovana za namestitev in povezovanje z nizom senzorjev za oceno toplotnega zaščitnega sistema raketoplana.

S težo 211 kilogramov (brez senzorjev) in dolžino približno 15 metrov je bil IBA približno enake velikosti kot Canadarm raketoplana. Tako je bil IBA nameščen na krovu ladje, kjer naj bi bil prvotno nameščen rabljeni "zadrževalni mehanizem". V orbiti bosta raketoplan Canadarm in ISS-ov Canadarm2 pobrala IBA s pomočjo prijemala

2:10 03/10/2016

1 👁 984

Verjetno je vsak vsaj enkrat videl fotografije. Katera je po vašem mnenju najpomembnejša komponenta? Bivalni prostori? Laboratorijski moduli? Protivmeteorne plošče? št. Lahko storite brez modula. A brez vesoljskih manipulatorjev – nič. Služijo za razkladanje in nakladanje ladij, pomagajo pri dokiranju in omogočajo opravljanje vseh zunanjih del. Brez njih je postaja mrtva.

Evolucija je človeka obdarila z neverjetno popolnimi manipulatorji – rokami. Z njihovo pomočjo lahko ustvarjamo čudeže. Zaradi nasprotnega palca in gibljivih sklepov so roke skoraj popoln instrument. Ni čudno, da človek uporablja lastne roke kot prototip mnogih mehanskih struktur. In vesoljski manipulatorji niso izjema. Ni jih veliko.

Najbolj znan (in trenutno uporabljen na ISS) mobilni sistem je MSS, pogosteje imenovan Canadarm2, čeprav je dejansko Canadarm2 le eden od njegovih elementov. Sistem je razvilo kanadsko podjetje MDA Space Missions za kanadsko vesoljsko agencijo in je bil razvoj enostavnejše naprave Canadarm, ki se uporablja na ameriških raketoplanih.

V bližnji prihodnosti naj bi bil lansiran "konkurenčni" sistem, European Robotic Arm (ERA), ki so ga razvili strokovnjaki Evropskega centra za vesoljske raziskave in tehnologijo s sedežem v nizozemskem Noordwijku. Ampak najprej.

javorjev list

Sistem MSS sestavljajo tri glavne komponente: glavni manipulator (SSRMS, alias Canadarm2); manipulator za posebne namene (SPDM, znan tudi kot Dextre) in bazni sistem mobilnih storitev (MBS).

MBS je v bistvu osnovna platforma, na katero so nameščeni manipulatorji. Znatno širi območje pokritosti Canadarm2. Ko je "roka" nameščena na MBS, pridobi premično podlago, ki se lahko premika po površini postaje po tirnicah s hitrostjo do 2,5 cm / s. Poleg tega je mogoče na MBS pritrditi uteži - tako, ko vzame eno utež, jo lahko manipulator "parkira" na MBS in doseže drugo.

Glavni manipulator sistema je namreč 17,6-metrski SSRMS, opremljen s sedmimi motoriziranimi zglobi. Njegova lastna teža je 1800 kg, največja teža tovora, ki ga premika manipulator, pa lahko doseže 116 ton (!). Vendar v odsotnosti gravitacije to ni tako veliko število; omejena je predvsem z vplivom vztrajnostnih sil.

Med misijo STS-134 manipulator Shuttle Canadarm prenese tovor na manipulator ISS Canadarm2 - transportno in skladiščno paleto za namestitev na orbitalno postajo.

Najbolj zanimiv element sistema je Dextre, dvoročni, skoraj humanoidni teleskopski manipulator. Na ISS se je pojavil veliko kasneje - leta 2008 z misijo STS-123. Navzven je Dextre podoben 3,5-metrskemu brezglavemu človeku z rokami, dolgimi 3,35 m. Zanimivo je, da lahko spodnji del pritrdimo tako na MBS kot na sam Canadarm2 in ga tako še podaljšamo in omogočimo bolj občutljive operacije.

Na koncih rok Dextre so nameščeni mehanizmi OTCM (ORU/Tool Changeout Mechanisms) z vgrajenimi »čeljustmi«-grabilniki, televizijsko kamero in reflektorji. Poleg tega imajo mehanizmi vtičnico za zamenljiva orodja, ki so shranjena v "ohišju".

Na splošno kombinacija MBS, Canadarm2 in Dextre omogoča "zapiranje" potreb večine postaje - premikanje tovora različnih velikosti, priklopne module, prenos astronavtov od točke do točke. Za vsako funkcijo obstajajo različna orodja za »pritrjevanje«. Glavna nadzorna plošča se nahaja na ameriškem modulu Destiny, aktiviranem februarja 2001, sekundarna je na pregledovalni enoti European Cupola (nameščena leta 2010).

MSS je povsem sposoben raztovarjanja raketoplanov, premikanja astronavtov med vesoljskimi sprehodi in priklopa novih modulov. Toda en manipulatorski sistem še vedno ni dovolj - zlasti glede na postopno rast ISS in nastanek vedno več novih enot in laboratorijev. Zato so Japonci za leta 2008 lansirani modul Kibo razvili lasten manipulator, namenjen lokalnim potrebam.

Rdeči krog

Vse je precej preprosto: s povečanjem števila modulov MBS preprosto preneha "segati" na različne konce ISS. Poleg tega v nekaterih situacijah obstaja cela čakalna vrsta za uporabo sistema manipulatorja. Tako novi moduli za precej skromne laboratorijske potrebe zahtevajo samostojne »roke«.

Vizualna primerjava: spodnji manipulator je SSRMS (Canadarm2), zgornji japonski JEMRMS. Opravljanje skupne naloge je kot jesti s palčkami.

Prvi znak na tem področju je bil manipulator JEMRMS, kjer je JEM Japanese Experiment Module (japonski eksperimentalni modul), RMS pa Remote Manipulator System (kontroliran manipulatorski sistem). JEMRMS je nameščen nad prehodom modula Kibo in omogoča nalaganje ali iznašanje opreme.

JEMRMS je sestavljen iz dveh elementov - glavne "roke" (Main Arm, MA) in pomožnega, zasnovanega za fino delo (Small Fine Arm, SFA). Majhna "roka" je nameščena na vrhu velike - tako kot je Dextre lahko nadaljevanje Canadarm2. V bistvu je japonski manipulator manjša in poenostavljena variacija na temo MSS, ki je nadzorovan iz enega samega lokalnega modula in opravlja naloge v okviru svojih omejenih potreb.

dvanajst zvezdic

Sodeč po nastajajočih trendih bo ISS v 10-15 letih "preraščena" z majhnimi manipulatorji, kot je jež z iglami. Poleg tega bo vsak od njih zmanjšal splošno vlogo prvotnega Canadarma2 in ustvaril zdravo konkurenco. Zlasti pozimi 2013–2014 (izstrelitev je bila že večkrat preložena, nov datum je okvirno določen za december) bo na postajo priletel še en modul, "obremenjen" z manipulatorjem.

Robot Dextre (SPDM) je nameščen na konici manipulatorja Canadarm2 - to slednjemu omogoča opravljanje bolj občutljivih nalog, prvemu pa znatno razširi obseg delovanja.

Tokrat bo modul ruski - to je večnamenski laboratorijski kompleks "Nauka", manipulator pa evropski. ERA (European Robotic Arm) je nastala v raziskovalnem centru Evropske vesoljske agencije v nizozemskem mestu Noordwijk. Na robotu je delalo na desetine inženirjev z vsega sveta.

ERA vam omogoča premikanje majhnih bremen (do 8 ton) znotraj in zunaj modula. Poleg tega je manipulator prilagojen za nošenje in držanje astronavtov med zunanjim delom, kar bo resno prihranilo čas pri gibanju v vesolju. Veliko lažje je biti takoj vržen s pomočjo manipulatorja, kot pa dolgo in previdno "plaziti" po površini modula. V svoji začetni konfiguraciji je ERA dobil vzdevek "Charlie Chaplin" zaradi značilne oblike "telesa", ko je zložen.

Zanimivo je, da bo na površini modula več pritrdilnih elementov za manipulator, "roka" pa je "dvostranska", to je simetrična, na obeh koncih so vtičnice, ki jih je mogoče uporabiti za namestitev orodja, ali lahko delujejo kot pritrdilni elementi. Tako ERA ni treba togo pritrditi na enem mestu. Lahko se samostojno "premakne" na drugo mesto tako, da najprej pritrdi en konec tam in nato odpne drugega s prvotne namestitvene točke. V bistvu lahko ERA "hodi".

Manipulator Canadarm2 opravi prvo uradno nalogo v okviru ISS: pripelje skupni prostor za zračno zaporo Quest v modul American Unity (misija STS-104)

Manipulator ima tri segmente. V sredini je komolčni sklep, ki deluje v eni ravnini, na koncih pa je kombinacija "sklepov", ki lahko spreminjajo položaj "roke" v različnih ravninah. Skupna dolžina manipulatorja v razporejenem stanju je 11 m, natančnost pozicioniranja predmeta pa 5 mm.

Srp in kladivo

Povedati je treba, da imajo manipulatorji na Mednarodni vesoljski postaji zgodovino, ki sega v preteklost, ko ISS še ni bilo. Zlasti Canadarm2 je razvit na podlagi tehnologij, preizkušenih na drugem manipulatorju - Canadarm. Ustvarjen je bil v poznih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja in je prvič poletel v vesolje leta 1981 na raketoplanu Columbia (misija STS-2).

Šlo je za 15-metrsko vesoljsko "roko" s šestimi prostostnimi stopnjami. Prav s pomočjo Canadarma so – še pred pojavom naprednejših sistemov – montirali, sestavili celotno bazo ISS itd. Canadarm je bil dolga leta ne le glavni, ampak edini vesoljski manipulator z več segmenti. , torej zgrajena po principu človeške roke. Zadnja misija, ki jo je uporabila, je bila STS-135 julija 2011; danes si ga lahko ogledate le v muzeju. Na primer, kopijo raketoplana Endeavour hranijo v Kanadskem vesoljskem muzeju v Ottawi.

Vendar se postavlja vprašanje. Danes Rusija aktivno sodeluje z drugimi državami na področju raziskovanja vesolja. Na katerih manipulatorjih so bili na primer uporabljeni? V devetdesetih letih prejšnjega stoletja so bili to ravno "Kanadarci", saj je leta 1994 začel skupni rusko-ameriški program Mir-Shuttle. In pred tem so bile najpomembnejše obratovalne naprave Mira žerjavi Strela (GSt).

Danes se na ruskem segmentu ISS uporabljata dva žerjava Strela. Po zasnovi se bistveno razlikujejo od segmentnih manipulatorjev - imajo 15-metrsko teleskopsko strukturo. Lahko se krči in vrti, vendar ima bistveno manj stopenj svobode kot Canadarm ali ERA. Poleg tega je bil vsak od modulov Mir opremljen z robotsko roko s prijemalom - nekaj podobnega majhnemu brezsegmentnemu žerjavnemu manipulatorju. Uporabljali so jih predvsem za vgradnjo novih postajnih modulov.

Toda za Buran je Centralni raziskovalno-razvojni inštitut za robotiko in tehnično kibernetiko nekoč razvil sovjetski analog Canadarma - manipulator Stork. Po zasnovi se praktično ni razlikoval od Canadarma - istih šest stopenj svobode, dve lahki povezavi iz ogljikovih vlaken ("ramo" in "komolec"). Toda "Štorklja", tehnično dokaj popolna, ni imela sreče.

Program Buran je bil prekinjen že po enem testnem letu, med katerim robotska roka ni bila nameščena. »Štorklje« niso bile nikoli uporabljene v vesolju; Poleg tega njihov razvoj ni služil niti potrebam Mira in ISS. Posledično je bil ta manipulator uspešno preizkušen na stojalu, vendar je ostal eden izmed obsežnih nedokončanih projektov sovjetske dobe.

Ročno delo

Če sistematiziramo informacije, lahko sklepamo, da se bo s povečanjem števila držav, ki sodelujejo v ISS, povečala tudi raznolikost manipulatorjev. Sprva so se zadovoljili z enim "Canadarm" (in na "Mir" - "Strela"), nato pa je ISS zahteval razširjen sistem - pojavila sta se Canadarm2 in Dextre. Zdaj vsak nov modul zahteva svoj tovorni sistem - tako sta bila razvita JEMRMS in ERA. Sčasoma se bo moral tudi ruski segment ukvarjati z lastnim razvojem, še posebej, ker obstajajo tehnologije, ustvarjene in preizkušene za Aist.

Verjetno je vsakdo vsaj enkrat videl fotografije ISS. Katera je po vašem mnenju najpomembnejša komponenta? Bivalni prostori? Laboratorijski moduli? Protivmeteorne plošče? št. Lahko storite brez modula. Toda brez vesoljskih manipulatorjev ne gre. Služili so za razkladanje in nakladanje ladij, pomoč pri dokiranju in opravljanje vseh zunanjih del. Brez njih je postaja mrtva.

Poletje 2005 Astronavt Stephen Robinson stoji na platformi za noge, nameščeni na manipulatorju SSRMS ali Canadarm2 (misija STS-114).

Tim Skorenko

Ni jih veliko. Najbolj znan (in trenutno uporabljen na ISS) mobilni sistem je MSS, pogosteje imenovan Canadarm2, čeprav je dejansko Canadarm2 le eden od njegovih elementov. Sistem je razvilo kanadsko podjetje MDA Space Missions za kanadsko vesoljsko agencijo in je bil razvoj enostavnejše naprave Canadarm, ki se uporablja na ameriških raketoplanih. V bližnji prihodnosti naj bi na postajo poslali "konkurenčni" sistem, European Robotic Arm (ERA), ki so ga razvili strokovnjaki iz Evropskega centra za vesoljske raziskave in tehnologijo s sedežem v nizozemskem mestu Noordwijk. Ampak najprej.

15. julij 2001. Manipulator Canadarm2 opravi svojo prvo uradno nalogo v okviru ISS: pripelje skupni prostor za zračno zaporo Quest v modul American Unity (misija STS-104).

javorjev list

Mednarodna vesoljska postaja je začela delovati leta 1998, 19. aprila 2001 pa je proti njej krenilo ameriško vesoljsko plovilo STS-100, ki je prevažalo tovor izrednega pomena. Glavna naloga posadke je bila dostaviti daljinski manipulator SSRMS (Canadarm2) na ISS in ga namestiti. Sistem je bil uspešno nameščen - postal je globalni prispevek kanadske agencije k izgradnji mednarodne postaje. Sistem MSS sestavljajo tri glavne komponente: glavni manipulator (SSRMS, alias Canadarm2); manipulator za posebne namene (SPDM, znan tudi kot Dextre) in bazni sistem mobilnih storitev (MBS).

18. maj 2011. Med misijo STS-134 manipulator Shuttle Canadarm prenese tovor na manipulator ISS Canadarm2 - transportno in skladiščno paleto za namestitev na orbitalno postajo.

Na koncih ročic Dextre so nameščeni mehanizmi OTCM (ORU/Tool Changeout Mechanisms) z vgrajenimi »čeljustmi«-grabeli, televizijsko kamero in reflektorji.Poleg tega imajo mehanizmi vtičnico za zamenljiva orodja, ki so shranjena v "torzo".

2008 Vizualna primerjava: spodnji manipulator je SSRMS (Canadarm2), zgornji japonski JEMRMS. Opravljanje skupne naloge je kot jesti s palčkami.

Na splošno nam kombinacija MBS, Canadarm2 in Dextre omogoča, da "zapremo" potrebe večine postaje - premaknemo tovor različnih velikosti, priklopimo module, premestimo astronavte od točke do točke. Za vsako funkcijo obstajajo različna orodja za »pritrjevanje«. Glavna nadzorna plošča se nahaja na ameriškem modulu Destiny, aktiviranem februarja 2001, sekundarna nadzorna plošča pa na preglednem European Cupola (nameščen leta 2010).

2008 Robot Dextre (SPDM) je nameščen na konici manipulatorja Canadarm2 - to slednjemu omogoča opravljanje bolj občutljivih nalog, prvemu pa znatno razširi obseg delovanja.

Rdeči krog

Vse je precej preprosto: s povečanjem števila modulov MBS preprosto preneha "segati" na različne konce ISS. Poleg tega je v nekaterih situacijah celotna čakalna vrsta za uporabo sistema manipulatorja. Tako novi moduli za precej skromne laboratorijske potrebe zahtevajo samostojne »roke«.

JEMRMS je sestavljen iz dveh elementov - glavne "roke" (Main Arm, MA) in pomožnega, zasnovanega za fino delo (Small Fine Arm, SFA). Majhna "roka" je nameščena na vrhu velike - na enak način, kot je lahko Dextre nadaljevanje Canadarm2. V bistvu je japonski manipulator manjša in poenostavljena variacija na temo MSS, ki je nadzorovan iz enega samega lokalnega modula in opravlja naloge v okviru svojih omejenih potreb.

dvanajst zvezdic

leto 2013. Ker manipulator ERA trenutno obstaja le v laboratorijskih pogojih, je umetnikom dana popolna svoboda delovanja. Skica prikazuje ERA, ki podpira astronavta (ne astronavta! – modul je ruski) med delom v vesolju.

Srp in kladivo

Šlo je za 15-metrsko vesoljsko "roko" s šestimi prostostnimi stopnjami. Prav s pomočjo Canadarma so - še pred pojavom naprednejših sistemov - montirali celotno bazo ISS, sestavili teleskop Hubble itd. Canadarm je bil dolga leta ne le glavni, ampak edini vesoljski manipulator z več segmenti, torej zgrajen na principu človeške roke. Zadnja misija, ki jo je uporabila, je bila STS-135 julija 2011; danes si ga lahko ogledate le v muzeju. Na primer, kopijo raketoplana Endeavour hranijo v Kanadskem vesoljskem muzeju v Ottawi.

Vendar se postavlja vprašanje. Danes Rusija aktivno sodeluje z drugimi državami na področju raziskovanja vesolja. Kakšne manipulatorje so uporabljali na primer na postaji Mir? V devetdesetih letih prejšnjega stoletja so bili to ravno "Kanadarci", saj je leta 1994 začel skupni rusko-ameriški program Mir-Shuttle. In pred tem so bile najpomembnejše obratovalne naprave Mira žerjavi Strela (GSt).

Danes se na ruskem segmentu ISS uporabljata dva žerjava Strela. Po zasnovi se bistveno razlikujejo od segmentiranih manipulatorjev - imajo 15-metrsko teleskopsko strukturo. Lahko se krči in vrti, vendar ima bistveno manj stopenj svobode kot Canadarm ali ERA. Poleg tega je bil vsak od modulov Mir opremljen z robotsko roko s prijemalom - nekaj podobnega majhnemu brezsegmentnemu žerjavnemu manipulatorju. Uporabljali so jih predvsem za vgradnjo novih postajnih modulov.

1988 Manipulator Stork na stojalu, ki simulira breztežnost. Namestitev manipulatorja na desno stran Burana je simulirana; na točkah zgiba je naprava obešena na posebnih vozliščih.

Toda za Buran je Centralni raziskovalno-razvojni inštitut za robotiko in tehnično kibernetiko nekoč razvil sovjetski analog Canadarma, manipulator Stork. Po zasnovi se praktično ni razlikoval od Canadarma - istih šest stopenj svobode, dve lahki povezavi iz ogljikovih vlaken ("ramo" in "komolec"). Toda "Štorklja", tehnično dokaj popolna, ni imela sreče.

Ročno delo

In če bo Kitajska izvajala svoj veličastni program Tiangong ("Nebeška palača"), bodo v prihodnjih letih vrste vesoljskih manipulatorjev dopolnjene s precejšnjim številom kitajskih modelov. Vendar pa blagovna znamka "Made in China" v teh dneh zveni precej ponosno, zlasti ko gre za vesoljsko tehnologijo.