毅力號火星探測器如何對接機械臂?

作者 : Sawyer Brooks,NASA/JPL對接系統工程師

毅力號在火星上採集岩石樣本時,必須使用其機械臂、取芯鑽和自適應快取組件進行一套長達數小時的精心編排等操作。這項對接是如何實現的呢?NASA/JPL對接系統工程師Sawyer Brooks詳細解析了對接過程...

美國太空總署(NASA)的火星探測器毅力號(Mars Perseverance)漫遊車使用其機載左側導航攝影機(Navcam)取得了珍貴的影像。攝影機位於漫遊車桅杆的高處,以利於駕駛。

Mars Perseverance Sol 87 – 左導航攝影機:第一次在火星上對接,在Sol 87 [2021 5 18 ]。該影像是在手臂完成對接後不久由Perserverance的左側導航拍攝到的。Bit Carousel是影像中心的圓錐形物體。(來源:NASA/JPL-Caltech)

每一次我們在火星上收集岩石樣本時,毅力號都會使用其機械臂、取芯鑽和自適應緩存組件執行一系列長達數小時的精心編排與操作。其中一項操作是對接:機械臂將其與漫遊車前部Bit Carousel  (鑽頭旋轉器)對齊的過程,以便取芯器可以放下並拾取起新鑽頭。

在樣本收集期間會發生兩次對接。首先,機械臂對接以放下當前夾住的研磨鑽頭,並以空的樣品管拾取芯鑽頭。接著,在收集岩石樣本後,它再次對接,將裝滿樣品的試管送入火星車底盤的取芯鑽頭(機器人),以便由快取組裝進行處理、密封和儲存。

NASA的火星毅力號漫遊車使用其位於漫遊車機械臂末端的SHERLOC WATSON相機拍攝如下的這張照片。

Mars Perseverance Sol 21 – WATSON 相機:在火星毅力號前面的對接概覽,由機械臂上的WATSON 相機拍攝。在拍攝這張照片時,Bit Carousel前面的門仍然關閉,後來被打開了。(來源:NASA/JPL-Caltech)

對接的工作原理是將機械臂末端的一組小柱子引導到底座上一組相匹配的錐體中。想像將充電器插入手機或電腦時——連想都不用想,你一定會靠手和指尖的觸覺反饋來感覺是否需要將插頭滑向一側,以便更能對齊一點,並且知道是否已觸及底部。 

機械臂對接的工作方式也是如此。機械臂末端的力感測器告訴Perseverance推動的力度和方向, Perseverance則使用這些資料來引導機械臂到位,並確定對接完成的時間。(對接還包括每個錐體底部的微動開關,當機械臂快對接時就會按下這些開關,作為額外的驗證。) 

一旦柱子到達錐體的底部,機械臂就會以幾乎650N (146)的力量用力推入對接,以確保它在鑽頭交換期間保持對接狀態。 

筆者在JPL 6 年職業生涯中,大部份的時間都在從事對接任務,其目標在於使其變得可靠和簡單——就像將充電機插入手機一樣。達到這一點需要大量的設計和測試(包括在地球上的各種測試平台進行對接近2,000),並且很榮幸已經在火星上看到多次對接成功。

「每次收集樣本時,我總是有點緊張,但我衷心為未來每一次成功且輕鬆的對接祈求好運。」

本文原刊登於EDN China網站,夏菲編譯

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