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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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Astrobee的传感器套件包含116度视野的主导航摄像机、能够从国际空间站实时传输视频至地面的高清自动对焦摄像机。此外还有能够检测约4米范围内障碍物(尽管外媒在造访时候并未安装)的CamBoard Pico Flexx time-of-flight flash IR 3D传感器,安装在Astrobee顶部面的optical-flow检测器,能够检测速度,如果机器人移动过快就会自动切断电源。

机器人背面的两个相机,用于辅助避开障碍物,对接和栖息(perching,下文会有更详细的介绍)。而驱动这一切(包括推进系统)的是锂电池,尽管这是相当危险的,但所幸的是Astrobee团队并非是首个在国际空间站使用锂电池的团队,因此他们所设计和使用的电池必然经过了严苛的电池审查。在完整充电之后,Astrobee能够持续飞行数小时时间。

自主导航

之所以与众不同和极具价值的原因之一是,Astrobee能够在国际空间站的美国舱(U.S. Module)、欧盟舱(ESA Modules)和日本舱(JAXA Module)中进行自主导航,目前不支持俄罗斯舱。而实现自主导航的重要原因是:国际空间站是高度结构化环境,内部非常的紧凑,界面分明,除非遇到可怕的错误否则基本上是可预测的,而且并不需要考虑黑暗或者雨水等因素。

考虑到这一点,Astrobee使用相对简单(至少原则上是)的系统来进行自我定位,并配合一个单眼相机拍摄国际空间站内部特征进行定位。正如Smith解释的,“我们有预先绘制的地图,因此视频中的每个帧,我们都可以在此前的地图上查看确定标志性的东西,通过识别之后我们就能知道在空间站的哪个位置。”

太空机器人遭遇的另一个问题是,在自主导航中的宇航员并非直上直下的行走。Smith说道:“我们目前所使用的地图是假设存在重力的状态下,所以机器的顶部总是朝上的,你可以想象我们正在开车。”

不过是实际情况下的,国际空间站确实存在宇航员尝试使用的“天花板”(称之为ceiling)和“甲板”,至少按照照明的方向。Astrobee在移动过程中能够确保和“天花板”保持一定的距离,并且能够防止意外踩踏和踢到。最初的版本中,Astrobee能够像宇航员一样检测到障碍物就自动停止,但是没有重新规划路线绕过宇航员,NASA计划逐渐改善Astrobee的自主导航能力。

当然,所有Astrobee的自主导航是可选的,而且一个重要功能是从地面远程进行遥控,在必要的时候允许地面的控制器来直接控制机器人,从而在Astrobee的自主驾驶系统出现错误的时候地面的工作人员能够及时接管。

这种可调节的自主驾驶让机器人变得更加高效和灵活,而且控制器能够在任何级别发出指令,确保人类始终拥有最高的控制权限。哪怕在运行过程中出现任何问题,工作人员都能接手并掌控机器人。

在国际空间站上的舒适扩展坞

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