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Astrobee:NASA 为国际空间站设计的最新机器人(图)

2017-02-14 08:52
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SPHERES到Cubes的过程

在该项目成立开始,Astrobee就不仅仅只是当做SPHERES的继承者,它更是一个全新平台,确保它能够在国际空间站完全自主地和安全地运作。其中最大的改善就是推进系统。

SPHERES需要始终处于宇航员监督控制下(因为它们比较易燃等原因),而且依赖一次性碱性电池组供电,由二氧化碳推进罐提供动力。而Astrobee则完全使用电动推进系统,通过扩展坞能够自行充电。

美国宇航局表示,Astrobee在国际空间站上运行可以通过地面进行远程遥控,同样也可以让它完全自主操作。通过可以兼容各种定制硬件的模块化托架,这款机器人能够执行各种任务的,在某些情况下甚至能够从人类宇航员手中接过繁琐又无聊的“家务”作业。

美国宇航员Scott Kelly正在国际空间站上和SPHERES一同工作

Astrobee和SPHERES的本质区别在于,前者在地球上进行的各项设计就是为了能够在国际空间站上完全自由的操作。美国宇航局智能机器人集团(Intelligent Robotics Group),Astrobee项目首席系统工程师Trey Smith说道:“它是IVA(车内活动)自由飞行器,能够和人类和谐的在国家空间站内部进行飞行”。

作为对比,SPHERES是围绕着二氧化碳推进系统而设计的,理论上不仅能够在国际空间站内部运作,而且能够在空间站外面进行作业,尽管这需要对SPHERES平台进行某些升级。

由于Astrobee的运动可以依赖周围的大气,通过在某个方向来推动空气进行移动,就像是在地球上进行的大部分实验一样。当然,它也有很多其他方式来完成这项工作,但是在微重力情况下带来了很多令人难以想象的困难和独特挑战,这也导致Astrobee相当的复杂,而且推进系统尤其迷人。

安全的推进系统

Astrobee的侧面,显示了其中一个推进模块。

在Astrobee的两个侧面,位于保护屏罩后面的是叶轮——能够吸入空气的大风扇。两个叶轮的相互作用能最小化陀螺力,在机器人的内部不断形成空气加压袋,通过每个面的喷嘴进行引导输出。如果所有喷嘴都处于关闭状态,那么Astrobee就会停止移动;也可以单独或者组合打开形成推力,从而让机器人朝着反方向移动。

“设备上共安装了12个喷嘴,它们都被精心安排因此所有喷嘴都是离心的(off-center)。”Smith解释道:“如果其中一个喷嘴出现崩溃,那么它会确保机器人处于旋转状态,而不是加速撞击空间站。不过如果你使用配对的推进器,那么就能保持平衡。Astrobee拥有不同的喷嘴配对方案能够实现每个笛卡尔轴线的正负方向上实现纯直移(pure translation)或者纯旋转(pure rotation),这表明你能够获得任何方向的推力。”

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