机器人加油任务为精度设立了高标准

作者：Elizabeth Engler Modic

欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 美国宇航局戈达德用海克斯康测量集团的精密计量工具，即一个便携式Romer CMM和莱卡激光跟踪器来给机器加油任务(RRM)加电。 当亚特兰蒂斯最后一次降落在肯尼迪航天中心时，它标志着航天飞机计划凄美的结束。然而，它遗留在国际空间站（ISS）背后的贵重货物，可能会引领新一波的未来使命。美国宇航局戈达德太空飞行中心和加拿大航天局之间合作的第一个机器人加油任务（RRM），已开始运行，以证明在轨机器人在太空中加油的过程。 打破壁垒 位于美国宇航局戈达德的SSCO急于证明自己的机器人功能做好了初期准备。在轨机器人加油是开始的好位置，因为它可以为已经在太空的数百万美元的卫星资产注入新的生命。ISS机载展示将验证包括摄像机、传感器、燃油泵系统和机器人任务规划在内的工具设计。 SCO煞费苦心地研究和开发它们的有效载荷，一个550磅立方体形的RRM模块，大概是一台洗衣机的大小。该模块将加油过程的每一步分解为单独的、可测试的任务，来接入卫星的燃料阀。燃料阀最初的设计在太空中是不可接入的，三重密封并且用保护层覆盖。RRM模块提供隔热毯、盖子、阀门及模拟燃料等组件，活动板，工具等来实现这些步骤，移除所有的障碍。一旦登上空间站，RRM将展示端到端的加油过程，持续两年时间。 Brian Roberts管理机器人的演示和测试实验室，并掌管几个项目，包括机器人规划、构建样机、调度测试和报告结果。他说道：“标准的作业程序是从发射一颗卫星到释放。我们想要有机会来证明这些卫星可以在低燃油的状态下恢复效能。一旦在国际空间站，我们每月将启动机器人三至五天。它会朝盒子走去，抓取工具，切割电线，移开绝缘体，切割胶带，移除盖子——我们相信所有的这些都可以成功地在一颗卫星上实现。” 关于精度 紧张的RRM测试持续了好几个月，团队采用关节臂和激光跟踪仪来提供各种测量和检验需求所需的力量。因为每一个RRM任务对机器人精度水平要求非常高，建立一个模型是第一要务。团队有一个在ISS上使用的夹持机械手的工程模型，并把它安装在工业机器人的内部底端。基于此设置，下一步就是创建原型工具，执行RRM负载的工作。 机器人在机械手突出的部分有一个摄像机，有必要再多一些摄像机，因为它需要不止一个视野来完成大部分任务。当项目开始时，研究小组使用简单的手工计算来确定摄像机的角度。一旦他们的罗默关节臂是在内部，测量过程中会发生巨大变化。轻量化、碳纤维臂重复人类的手臂运动，因为它使用零重力平衡，以抵消手臂和探头的重量。该系统能够在手臂范围内的任何位置单手采集数据。使用便携式坐标测量机（CMM），操作者通过探头来搜集3维数据，甚至在难以到达的地区，都归因于主轴手臂的获得专利权的无限旋转。 立即投入使用的是便携式手臂，以衡量摄像机支架的角度，计算与刀尖和机器人相关的镜头位置。由此产生的数据准确到了小数点后三位。进行了额外的评估，工具设计师们受指示为所有四个工具调整摄像机支架，每个工具有两个支架和两个摄像机，共16个测量值。 当飞行工具到达后，安装可调支架，用便携式Romer CMM验证，然后钻孔，并固定在机加工车间。一旦它们返回到实验室，技术人员再一次检查摄像机。 “当试图在空间站上用操作来解决问题时，为了进行相同的测试，我们必须有相同的工具到达飞行装置，”Roberts说道。“我们必须确保这些摄像机放置完美，在太空中它们就是你的眼睛。在某些情况下，我们没有在同一时间建设工具的优势，所以后续有备用的。支架确保了其匹配。” 在把飞行装置运送到肯尼迪航天中心之前，每一个关键的特征被数字化、测量并记录在案，包括工具和结构之间的间隙，螺栓之间的间距，空缺、目标等。一旦备用的到了，相同检查程序的使用使得工程师对备件确实与进入太空的版本相同充满信心。 便携式计量崛起 美国宇航局戈达德的许多部门，为了产品的尺寸控制，采用激光跟踪仪。Leica激光跟踪仪是一台便携式坐标测量系统（PCMM），可以在长距离保持高精度，是检查、分析和组件校准用的。通常在恶劣的工业环境中使用，这些特殊的激光跟踪仪的耐用性众所周知，而耐用性是确保一致性和可重复测量结果的因素。 RRM实验室的一位机器人操作员测试并开发了机器人技术，涉及大量的计量学，如适用于RRM负载的各种任务、测量、校准及工具研发支持。一位来自于海克斯康测量集团的培训师，抵达现场来报导激光跟踪的基本概念，并创建了RRM项目所需的一个特殊的检验任务测量课程计划。该小组将扩大和完善方案，与用户友好互动更多的信息。 通过案例，团队意识到许多潜在的地区可以使用便携式计量。机器人操作员尽全力用眼睛来调整，但激光跟踪器是在三维数据流的背景下降至四个小数点。有许多这样的情况：激光跟踪器在最终用于轨道的程序开发过程起到了作用。 “Romer机械手单独节省了大量的时间。CMM的灵活性正好迎合了工具的快速发展。如果对工具进行振动测试，20分钟后将拿到工具，并迅速校准摄像机支架。随后，将工具交接至热真空室进行测试，然后再次检查。即时的准确性、快速的设置和精密的测量使我们能够在紧迫的时间内完成任务，”Lotocki总结道。 精密性确保了安全 机器人的维修任务之一是去除盖子，大约一个白板标记帽大小。这种操作将需要机器人使用带3个弹簧承载手指的工具来移动、打开、抓取盖子。为了把它从工具里弄出来，机械手向上移动到摆放手指的容器，然后盖子就掉进了一个小垃圾袋里。听起来很简单，是不是？ Roberts解释说，“我们必须保证机器人打开瓶盖时，不会失手，有太多的如果。在国际空间站安全小组的人们希望得到更多的细节，以确保组件可以安全飞行。这个机器人是在太空的，有两三秒的时间延迟。该工具在11.5英尺长的机械臂底部，附属于一个4英尺的机器人本体，该机器人本体又相应地依附于一个58英尺长的机械手底部。那里没有太多的动作，但是该工具不像在工业环境中控制得那么精确。” 用连接到机器人末端执行器侧面的Leica T-MAC（跟踪机控制传感器）进行了一系列测试。该六自由度跟踪装置与Leica激光跟踪器配合工作，对X-Y-Z坐标和旋转角度进行远程控制测量。在测试过程中，机器人操作员将会从激光跟踪仪观察到精确的数据流，揭示出机器人与目标工件的错边。计算出，如果离开2.5度，仍然可以安全地完成转移盖子的任务。如果他们离开3度，该工具可能会在内部缠绕，有可能无法完成任务。 “可以通过Leica T-MAC描述机器人的性能，如直线偏差。激光跟踪仪显示直线有多直，以及线性拉伸长度等数据。还可以用它来验证机器人校准程序的参数。没有跟踪仪就无法准确地执行这些任务。12英尺的机器人坐落于一个巨大的工作台上，测试过程不允许去机器人工作区。只要有视线，激光跟踪仪就可以在这种环境中运转，”Lotocki说道。 伤感的敬礼 RRM模块带着其精度荣耀安全抵达目的地。正如我们伤感地挥手告别航天飞机，新的历史开始了。2011年7月，宇航员Mike Fossum和Ron Garan携带RRM模块从亚特兰蒂斯货舱太空漫步到了国际空间站上的临时平台。我们期待着该任务的消息，渴望空间创新开启新的篇章。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (5/10/2013)