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你心目中的太空機(jī)器人長啥樣?
老科幻迷們可能會(huì)想起 1972 年電影《宇宙靜悄悄》中的雙足機(jī)器人,它們的日常工作中就是在宇宙飛船的外部進(jìn)行維護(hù)。作為科幻界的代表元素,機(jī)器人與太空,似乎有著天然的相配感。
擁有鋼筋鐵骨、靈活大腦、強(qiáng)勁身手的機(jī)器人,相比于人類來說無疑更能適應(yīng)太空的環(huán)境和作業(yè)。
為了給宇航員在太空作業(yè)時(shí)提供更有效的支持,近日,意大利理工學(xué)院的研究人員實(shí)現(xiàn)了一個(gè)用于空間應(yīng)用的新型機(jī)器人平臺(tái)原型。
這個(gè)機(jī)器人被命名為 MARM(多臂可移動(dòng)機(jī)械手),具有三個(gè)肢體,可用于行走、移動(dòng)、抓取和運(yùn)輸有效載荷模塊,同時(shí)在微重力環(huán)境下可在空間基礎(chǔ)設(shè)施上自行重新定位。這款機(jī)器人旨在幫助宇航員在太空中或未來在其他星球上組裝和維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施。
據(jù)悉,該平臺(tái)由IIT與Leonardo S.p.A和GMV合作設(shè)計(jì)和制造,并由歐洲航天局(ESA)提供資助。
▍三條腿的太空“打工人”
空間探索領(lǐng)域的機(jī)器人應(yīng)用為新平臺(tái)的開發(fā)提供了獨(dú)特的環(huán)境、條件和機(jī)會(huì)。事實(shí)上,雖然地球上機(jī)器人控制、運(yùn)動(dòng)和操縱所需的技術(shù)相當(dāng)先進(jìn),但微重力等軌道環(huán)境條件對(duì)機(jī)器人研究提出了新的挑戰(zhàn)。
為了解決宇航員安裝、檢查、維護(hù)和修理空間基礎(chǔ)設(shè)施的難題,IIT 的研究人員研發(fā)的MARM能夠抓取、運(yùn)輸和組裝模塊,同時(shí)在空間基礎(chǔ)設(shè)施上移動(dòng)。
MARM 機(jī)器人由一個(gè)六邊形的中央骨盆基座、三條機(jī)械腿和一個(gè)用于供電和發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的對(duì)接設(shè)備組成。
也許你會(huì)疑問,比起現(xiàn)有的多采用四至六條腿結(jié)構(gòu)的陸地可移動(dòng)機(jī)器人,這些機(jī)器人的步態(tài)更穩(wěn)定,為什么MARM卻只有三條機(jī)械腿?
其實(shí),額外的腿不但會(huì)增加重量,反倒會(huì)增加將MARM送入太空的制造與維護(hù)成本。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)考慮到MARM本身在低重力環(huán)境下工作,因此三條腿足以讓它進(jìn)行移動(dòng)和其他功能操作。雖然這個(gè)造型雖然看著有些奇怪,但它可是嚴(yán)格按照計(jì)算設(shè)計(jì)方法構(gòu)建而成。
團(tuán)隊(duì)在研究過不同的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型后,得出了關(guān)于MARM的肢體、連接結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)的長度及構(gòu)造的最佳數(shù)值,并且研究人員們?cè)谟兄亓蜔o重力的情況下,對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和運(yùn)輸/操作能力都進(jìn)行過基礎(chǔ)測試,充分的考慮并優(yōu)化了機(jī)器人的移動(dòng)性和靈活性能。
MARM 通過它的三條腿四處移動(dòng),只要給它配備適當(dāng)?shù)墓ぞ,它就有足夠的靈活性自行進(jìn)行維修作業(yè),而宇航員可以安全地留在空間站或航天器內(nèi)。
在微重力的空間站或太空船外部工作時(shí),它會(huì)用兩條腿抓住上面的標(biāo)準(zhǔn)連接點(diǎn),便于自己在上面爬行,再用另一條腿攜帶各種有效載荷。
它還可以組裝和定位組件(特別是模塊化六邊形瓷磚,寬 1.2 米,厚 0.2 米,重約12 公斤)并操縱所軌道置換裝置(ORU)。
▍強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)和操縱靈活性
與之前開發(fā)的太空機(jī)器人相比,MARM在技術(shù)上采用了三條器械腿與中央骨盆基座相連,可能是最主要的區(qū)別。
擁有三條腿的MARM 每條機(jī)械腿都具備六個(gè)自由度,被賦予了更大的運(yùn)動(dòng)和操縱靈活性,同時(shí)也讓機(jī)器人具有了更廣泛的操縱范圍。
此外,由于三肢的設(shè)計(jì),機(jī)器人能夠在就位后進(jìn)行全身運(yùn)動(dòng),用于錨固的肢體可以通過調(diào)整MARM中央骨盆底座方便組裝操作,減少傳遞到站架的力。這是擁有多個(gè)肢體而不是使用同一個(gè)肢體進(jìn)行爬行和組裝的主要優(yōu)勢之一。
相比其他的太空機(jī)器人,MARM的更大優(yōu)勢是不受重力影響,即使在相對(duì)高重力的環(huán)境下也能良好運(yùn)行,這意味著將來它可能在各類大小型行星上工作。根據(jù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)想的場景,MARM 平臺(tái)將能夠通過其機(jī)電和控制組件,以及感知系統(tǒng)和輸入/輸出的持續(xù)交換,從倉庫拾取有效載荷,在攜帶它的同時(shí)重新定位,并且將其組裝在所需位置。
從目前的設(shè)計(jì)來看,無論是航天器維修、還是設(shè)備的安裝與維護(hù),MARM機(jī)器人已經(jīng)能夠代替人類完成許多工作。接下來,MARM機(jī)器人平臺(tái)原型將會(huì)在物理模擬器中進(jìn)行評(píng)估測試,以便在開發(fā)符合太空條件的正式版本之前確定這種機(jī)器人方案的可行性。
如此看來,阿西莫夫科幻小說中「機(jī)器人+太空旅行」的組合,正在逐步成為現(xiàn)實(shí)。