近日，由德國(guó)布倫瑞克工業(yè)大學(xué)空間系統(tǒng)研究所Institute of Space Systems（IRAS）與德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)與輕量化設(shè)計(jì)研究所Institute of Structural Mechanics and Lightweight Design（SLA）組成的HOMER團(tuán)隊(duì)，成功研發(fā)了應(yīng)用于太空的新型模塊化機(jī)械臂，該模塊化機(jī)械臂可以根據(jù)需要調(diào)整其長(zhǎng)度和自由度。每個(gè)模塊內(nèi)都設(shè)有電源處理、控制和通信等設(shè)備。其中，用于控制機(jī)械臂的伺服驅(qū)動(dòng)器選擇了在CAN總線領(lǐng)域有著40多年經(jīng)驗(yàn)的克薩（Kvaser）- Leaf Light HS v2 CB。
在距離地球300多千米的高空，地球軌道空間存在著眾多飛行器和其他物體，還有大量的太空垃圾，是一個(gè)高度復(fù)雜和充滿嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的環(huán)境。在軌道上建造、維護(hù)和維修航天器有助于延長(zhǎng)它們的壽命并減少漂浮在太空的垃圾碎片，在軌服務(wù)（OOS）與在軌組裝（OOA）是有助于緩解太空垃圾日益增加這一棘手問(wèn)題的兩種方式。
考慮到將人類送上太空成本較高且存在一定風(fēng)險(xiǎn)，為了最大限度地減少維修、維護(hù)和裝配中有風(fēng)險(xiǎn)的人機(jī)交互操作，銅頭鐵臂的太空機(jī)器人具有明顯的優(yōu)勢(shì)。然而，太空機(jī)器人通常是為特定目的或應(yīng)用而創(chuàng)建的，并且需要投入大量的設(shè)計(jì)工作和高昂的成本花費(fèi)，這往往使它不適用于許多目的。
因此，HOMER團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了關(guān)于機(jī)械臂的合作項(xiàng)目，通過(guò)開(kāi)發(fā)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸偏移45°的非常規(guī)運(yùn)動(dòng)鏈，將太空應(yīng)用中使用的機(jī)械臂模塊化。該模塊化機(jī)械臂可以自行做物理調(diào)整，在操作過(guò)程中根據(jù)需要調(diào)整其長(zhǎng)度和自由度。
模塊化機(jī)械臂的概念是高度冗余，易于適應(yīng)多種任務(wù)，并顯著降低了在飛行器中占用的裝載空間，同時(shí)提高了操作靈活性。此外，使用一個(gè)多功能通訊儀作為模塊連接器，可在操作中實(shí)現(xiàn)自行重新配置。
HOMER團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了兩個(gè)在地球上的演示器；小型檢查及維修臂 - 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），以確定操作負(fù)載、傳動(dòng)器設(shè)計(jì)、軸接頭設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化。
該項(xiàng)目的愿景是通過(guò)在子系統(tǒng)層面細(xì)分公共衛(wèi)星總線，開(kāi)發(fā)一個(gè)完全模塊化的衛(wèi)星體系結(jié)構(gòu)。通過(guò)組合標(biāo)準(zhǔn)化的子系統(tǒng)模塊，形成一個(gè)完全模塊化的衛(wèi)星。
每個(gè)模塊內(nèi)的電子設(shè)備機(jī)架包含用于電源處理、控制和通信的設(shè)備。Kvaser Leaf Light HS v2 CB控制Copley Controls公司的伺服驅(qū)動(dòng)器。Actronic Solutions為該項(xiàng)目提供了建議和支持，建議采用基于PCB的CAN接口，并提供伺服驅(qū)動(dòng)器。（Copley Controls是半導(dǎo)體、醫(yī)療、制藥和自動(dòng)化組裝以及檢測(cè)行業(yè)高性能放大器，線性電機(jī)和運(yùn)動(dòng)解決方案OEM制造的全球領(lǐng)導(dǎo)者。Actronic Solutions提供伺服和步進(jìn)電機(jī)，音圈驅(qū)動(dòng)器，旋轉(zhuǎn)和線性螺線管及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器和控制，為客戶提供連接到控制系統(tǒng)的定制解決方案。）
LISA和MARGE證明了高度冗余模塊化機(jī)器人系統(tǒng)的一般可行性，iSSI接口用于機(jī)器人應(yīng)用的能力以及自行重新配置的概念也得到了證明。
這個(gè)概念不僅可應(yīng)用于太空，考慮到在危險(xiǎn)環(huán)境中維修、維護(hù)和裝配中盡可能減少對(duì)人機(jī)交互的需求，它還可以用于其他惡劣環(huán)境，例如海底或核反應(yīng)堆的受限、高放射性區(qū)域。模塊化、高度冗余的設(shè)計(jì)還可讓這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到其他領(lǐng)域的更多項(xiàng)目中，因?yàn)樗黾恿松a(chǎn)過(guò)程中的靈活性，減少了加工時(shí)間，并可快速調(diào)整適應(yīng)多種產(chǎn)品的制造。
祝愿HOMER團(tuán)隊(duì)在他們的項(xiàng)目中不斷取得成功。希望我們幾年后會(huì)看到接下來(lái)的陸地演示模型BART和MAGGIE！
使用的克薩（Kvaser）產(chǎn)品
Leaf Light v2 CB是克薩（Kvaser）熱門產(chǎn)品Leaf Light v2單通道高速USB轉(zhuǎn)CAN總線接口的電路板裸卡。作為USB轉(zhuǎn)CAN接口領(lǐng)域的主力軍，Kvaser Leaf Light產(chǎn)品系列在連接PC方面可靠性強(qiáng)，成本低。
參與項(xiàng)目的機(jī)構(gòu)
德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)與輕量化設(shè)計(jì)研究所（SLA）
德國(guó)布倫瑞克工業(yè)大學(xué)空間系統(tǒng)研究所（IRAS）
德國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)空間技術(shù)主席
