近日，由德國布倫瑞克工業(yè)大學(xué)空間系統(tǒng)研究所Institute of Space Systems（IRAS）與德國亞琛工業(yè)大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)與輕量化設(shè)計研究所Institute of Structural Mechanics and Lightweight Design（SLA）組成的HOMER團隊，成功研發(fā)了應(yīng)用于太空的新型模塊化機械臂，該模塊化機械臂可以根據(jù)需要調(diào)整其長度和自由度。每個模塊內(nèi)都設(shè)有電源處理、控制和通信等設(shè)備。其中，用于控制機械臂的伺服驅(qū)動器選擇了在CAN總線領(lǐng)域有著40多年經(jīng)驗的克薩（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、維護和維修航天器有助于延長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，為了最大限度地減少維修、維護和裝配中有風(fēng)險的人機交互操作，銅頭鐵臂的太空機器人具有明顯的優(yōu)勢。然而，太空機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)計工作和高昂的成本花費，這往往使它不適用于許多目的。

因此，HOMER團隊開展了關(guān)于機械臂的合作項目，通過開發(fā)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸偏移45°的非常規(guī)運動鏈，將太空應(yīng)用中使用的機械臂模塊化。該模塊化機械臂可以自行做物理調(diào)整，在操作過程中根據(jù)需要調(diào)整其長度和自由度。

模塊化機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，同時提高了操作靈活性。此外，使用一個多功能通訊儀作為模塊連接器，可在操作中實現(xiàn)自行重新配置。

HOMER團隊開發(fā)了兩個在地球上的演示器；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），以確定操作負載、傳動器設(shè)計、軸接頭設(shè)計以及結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化。

該項目的愿景是通過在子系統(tǒng)層面細分公共衛(wèi)星總線，開發(fā)一個完全模塊化的衛(wèi)星體系結(jié)構(gòu)。通過組合標(biāo)準(zhǔn)化的子系統(tǒng)模塊，形成一個完全模塊化的衛(wèi)星。

每個模塊內(nèi)的電子設(shè)備機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)動器。Actronic Solutions為該項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)動器。（Copley Controls是半導(dǎo)體、醫(yī)療、制藥和自動化組裝以及檢測行業(yè)高性能放大器，線性電機和運動解決方案OEM制造的全球領(lǐng)導(dǎo)者。Actronic Solutions提供伺服和步進電機，音圈驅(qū)動器，旋轉(zhuǎn)和線性螺線管及相應(yīng)的驅(qū)動器和控制，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器人系統(tǒng)的一般可行性，iSSI接口用于機器人應(yīng)用的能力以及自行重新配置的概念也得到了證明。

這個概念不僅可應(yīng)用于太空，考慮到在危險環(huán)境中維修、維護和裝配中盡可能減少對人機交互的需求，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)計還可讓這項技術(shù)應(yīng)用到其他領(lǐng)域的更多項目中，因為它增加了生產(chǎn)過程中的靈活性，減少了加工時間，并可快速調(diào)整適應(yīng)多種產(chǎn)品的制造。

祝愿HOMER團隊在他們的項目中不斷取得成功。希望我們幾年后會看到接下來的陸地演示模型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，成本低。

參與項目的機構(gòu)

德國亞琛工業(yè)大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)與輕量化設(shè)計研究所（SLA）

德國布倫瑞克工業(yè)大學(xué)空間系統(tǒng)研究所（IRAS）

德國柏林工業(yè)大學(xué)空間技術(shù)主席