新型模块化太空机械臂登场,克萨(Kvaser) CAN总线助力“黑科技”!

爱上半导体 2022-06-22 09:34

近日,由德国布伦瑞克工业大学空间系统研究所Institute of Space Systems(IRAS)与德国亚琛工业大学结构力学与轻量化设计研究所Institute of Structural Mechanics and Lightweight Design(SLA)组成的HOMER团队,成功研发了应用于太空的新型模块化机械臂,该模块化机械臂可以根据需要调整其长度和自由度。每个模块内都设有电源处理、控制和通信等设备。其中,用于控制机械臂的伺服驱动器选择了在CAN总线领域有着40多年经验的克萨(Kvaser)- Leaf Light HS v2 CB。

在距离地球300多千米的高空,地球轨道空间存在着众多飞行器和其他物体,还有大量的太空垃圾,是一个高度复杂和充满严峻挑战的环境。在轨道上建造、维护和维修航天器有助于延长它们的寿命并减少漂浮在太空的垃圾碎片,在轨服务(OOS)与在轨组装(OOA)是有助于缓解太空垃圾日益增加这一棘手问题的两种方式。

考虑到将人类送上太空成本较高且存在一定风险,为了最大限度地减少维修、维护和装配中有风险的人机交互操作,铜头铁臂的太空机器人具有明显的优势。然而,太空机器人通常是为特定目的或应用而创建的,并且需要投入大量的设计工作和高昂的成本花费,这往往使它不适用于许多目的。

因此,HOMER团队开展了关于机械臂的合作项目,通过开发关节旋转轴偏移45°的非常规运动链,将太空应用中使用的机械臂模块化。该模块化机械臂可以自行做物理调整,在操作过程中根据需要调整其长度和自由度。

模块化机械臂的概念是高度冗余,易于适应多种任务,并显著降低了在飞行器中占用的装载空间,同时提高了操作灵活性。此外,使用一个多功能通讯仪作为模块连接器,可在操作中实现自行重新配置。

HOMER团队开发了两个在地球上的演示器;小型检查及维修臂 - 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),以确定操作负载、传动器设计、轴接头设计以及结构设计和优化。

该项目的愿景是通过在子系统层面细分公共卫星总线,开发一个完全模块化的卫星体系结构。通过组合标准化的子系统模块,形成一个完全模块化的卫星。

每个模块内的电子设备机架包含用于电源处理、控制和通信的设备。Kvaser Leaf Light HS v2 CB控制Copley Controls公司的伺服驱动器。Actronic Solutions为该项目提供了建议和支持,建议采用基于PCB的CAN接口,并提供伺服驱动器。(Copley Controls是半导体、医疗、制药和自动化组装以及检测行业高性能放大器,线性电机和运动解决方案OEM制造的全球领导者。Actronic Solutions提供伺服和步进电机,音圈驱动器,旋转和线性螺线管及相应的驱动器和控制,为客户提供连接到控制系统的定制解决方案。)

LISA和MARGE证明了高度冗余模块化机器人系统的一般可行性,iSSI接口用于机器人应用的能力以及自行重新配置的概念也得到了证明。

这个概念不仅可应用于太空,考虑到在危险环境中维修、维护和装配中尽可能减少对人机交互的需求,它还可以用于其他恶劣环境,例如海底或核反应堆的受限、高放射性区域。模块化、高度冗余的设计还可让这项技术应用到其他领域的更多项目中,因为它增加了生产过程中的灵活性,减少了加工时间,并可快速调整适应多种产品的制造。

祝愿HOMER团队在他们的项目中不断取得成功。希望我们几年后会看到接下来的陆地演示模型BART和MAGGIE!

使用的Kvaser产品

Leaf Light v2 CB是克萨(Kvaser)热门产品Leaf Light v2单通道高速USB转CAN总线接口的电路板裸卡。作为USB转CAN接口领域的主力军,Kvaser Leaf Light产品系列在连接PC方面可靠性强,成本低。

参与项目的机构

德国亚琛工业大学结构力学与轻量化设计研究所(SLA)

德国布伦瑞克工业大学空间系统研究所(IRAS)

德国柏林工业大学空间技术主席



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