Wenn es um die Erforschung des Weltraums geht, sagt der bekannte Technologieunternehmer und Philanthrop Elon Musk: „Man will sich von Dingen inspirieren lassen. Man möchte morgens aufwachen und denken, dass die Zukunft großartig sein wird – und genau darum geht es bei einer raumfahrenden Zivilisation. Es geht darum, an die Zukunft zu glauben und zu glauben, dass die Zukunft besser sein wird als die Vergangenheit. Und ich kann mir nichts Aufregenderes vorstellen, als dort draußen zu sein und zu den Sternen zu fliegen
Die Möglichkeit, in Zukunft besser zu sein, ist für viele in der Technologiebranche ein treibendes Ziel. Für ATI Industrial Automation ist es ein grundlegender Aspekt ihrer Unternehmenskultur und unterstreicht die Entwicklung ihrer Produkte. Die Roboter-Endeffektoren von ATI werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, die von extremen Temperaturen bis hin zu rauen chemischen Umgebungen reichen. Das Ingenieurteam des Unternehmens ist stolz darauf, kreative Lösungen für Herausforderungen in der Fertigung und Automatisierung zu liefern, und hat nun die Gelegenheit, sich einer solchen Gelegenheit im Weltraum zu stellen
ATI wandte sich an die Jet Propulsion Laboratories (JPL) der NASA mit dem Angebot, einen kundenspezifischen Kraft-/Drehmomentsensor für Perseverance, das neueste Mars 2020 Rover-Projekt, zu entwickeln. JPL ist die führende US-Forschungseinrichtung für die robotergestützte Erforschung unseres Sonnensystems und verwaltet das Deep Space Network der NASA, das am stärksten ausgelastete Telekommunikationssystem der Erde. Die Mission Mars 2020 ist ein Gemeinschaftsprojekt der NASA, des JPL und vieler anderer Organisationen, die mit der Entwicklung neuer Technologien zur Erforschung der Marsoberfläche beauftragt sind.
Der Zweck dieser speziellen Mission, die Teil des Mars Exploration Program der NASA ist, besteht darin, den roten Planeten aus erster Hand kennenzulernen. Dieses Projekt hat einen vollen Terminkalender, der die Suche nach Anzeichen für uraltes mikrobielles Leben, die Kategorisierung des Klimas und der Geologie des Mars, um die Existenz bewohnbarer Bedingungen festzustellen, die Entnahme von Proben von der Planetenoberfläche und, was wohl das aufregendste Ziel dieser Mission ist, die Vorbereitung der Erkundung des Mars durch den Menschen umfasst.
Der Perseverance Rover ist ein unbemanntes Roboterfahrzeug von der Größe eines Autos, das während seiner Erkundung kleine Gesteins- und Bodenproben von erstklassigen Standorten sammeln und indizieren wird. Die Probenröhren werden im Rover zwischengelagert und später zur Erde zurückgebracht.
Es war klar, dass das JPL ein automatisiertes System für das Sammeln und die Handhabung von Weltraummaterial sowie für den Transport durch den Indizierungsprozess benötigte. Um dies zu erreichen, entwickelten die Ingenieure die Adaptive Caching Assembly, eine Anwendung, die einem Pick-and-Place-Verfahren ähnelt, wie es in einer Fabrikhalle üblich ist. Die eigentliche Entwicklung der Systeme und Komponenten, die bei der Rover-Mission zum Einsatz kommen sollten, stellte eine große Herausforderung dar.
Das Sample Caching Subsystem besteht aus der Adaptive Caching Assembly, einem großen Roboterarm mit einem Bohrer und einer Reihe von Bohrern, die zum Sammeln von Proben aus bestimmten Gebieten auf der Marsoberfläche verwendet werden. Nach dem Sammeln untersucht und versiegelt ein kleiner Roboterarm, die so genannte Sample Handling Assembly (SHA), die Proben im Bordlabor des Rovers. Ein in die SHA-Endeffektorbaugruppe integrierter ATI-Kraft-/Drehmomentsensor (F/T) sorgt für eine verbesserte Reaktionsfähigkeit. Mit der Kraftsensorik von ATI kann der SHA leicht durch den engen Arbeitsbereich manövrieren und anspruchsvolle Aufgaben mit höchster Präzision ausführen.
Dieses Teilsystem emuliert automatisierte Prozesse in der Landwirtschaft und der Fertigungsindustrie, wo Roboter eingesetzt werden, um sich wiederholende Vorgänge zu präzisieren. Die Kraft-/Drehmomentsensoren von ATI werden häufig in Verbindung mit Robotern in diesen Anwendungsbereichen eingesetzt, um eine bessere Prozesskontrolle zu ermöglichen und den Prozess zu überprüfen, z. B. um anzuzeigen, dass ein Stift ordnungsgemäß in eine Vorrichtung eingesetzt wurde.
Bestimmte Anwendungsbereiche wie Gießereien und Raffinerien erfordern ungewöhnliche Umgebungsbedingungen, für die ATI spezielle Sensoren entwickelt hat. Nichts ist jedoch vergleichbar mit den Bedingungen, die bei der Mars 2020-Mission zu erwarten sind, wo Temperaturen unter dem Gefrierpunkt auf der Oberfläche und zerklüftetes Terrain typisch sind. Vor der Landung auf dem Mars müssen der Rover und seine Subsysteme den ersten Start einer Atlas-5-Rakete überstehen.
Um eine robuste Kraftmesslösung für das Perseverance-Projekt zu liefern, hat ATI seine Kraft-/Drehmomentsensor-Technologie so angepasst, dass sie den vielfältigen Umgebungsbedingungen standhält. Der weltraumtaugliche Kraft-/Drehmomentsensor von ATI zeichnet sich durch ein neues Design aus, das eine Signalredundanz bietet und Temperaturschwankungen kompensiert, wodurch eine genaue Auflösung der Kräfte und Drehmomente während der gesamten Mission gewährleistet wird. Dieser Sensor ist thermisch kalibriert und funktioniert nachweislich optimal in einem Spektrum von Extremtemperaturen. Um diese bahnbrechenden Eigenschaften zu entwickeln und zu testen, hat das ATI-Ingenieurteam spezielle Kalibrierungsgeräte entwickelt und 24 Stunden lang Produkttests durchgeführt.
Komponenten aus thermisch stabilen, wenig ausgasenden Materialien wurden hinzugefügt, um den Sensor gegen die drastischen Umweltschwankungen zu stärken. Diese Materialien verhindern auch eine Kreuzkontamination der Proben während der Mission, was einer der wichtigsten Aspekte des Mars 2020 Rover-Projekts ist.
Nach jahrelanger Entwicklung ist der mit Spannung erwartete Mars 2020 Rover nun vollständig montiert und bereit, seine Mission zu beginnen. Perseverance soll im Spätsommer 2020 von Cape Canaveral, Florida, starten und im Februar 2021 auf dem Mars eintreffen.
Über die Weltraumanwendungen hinaus bietet der weltraumtaugliche Kraft-/Drehmomentsensor von ATI eine aktive Kraftkontrolle für Anwendungen, bei denen die Reparaturmöglichkeiten begrenzt sind oder in Situationen mit hohem Vakuum oder extremen Temperaturschwankungen.
Im Rahmen dieses Projekts hat ATI eine neue Technologie entwickelt, die in die Geschichte der NASA eingehen und robuste und zuverlässige Kraftsensoren für Anwendungen hier auf der Erde bereitstellen wird. Die Temperaturkompensation, die thermisch stabilen Komponenten und die zusätzliche Signalredundanz kommen Anwendern in Branchen wie dem Abbau radioaktiver Abfälle, der Öl- und Gasindustrie, dem Metallguss und Gießereien sowie anderen Anwendungen zugute, bei denen die Bedingungen einen Dauereinsatz in extremen Umgebungen erfordern. ATI freut sich darauf, Perseverance, den Mars 2020 Rover, während seiner Mission zu begleiten und auf die innovativen neuen Anwendungen, die diesen weltraumtauglichen Kraft-/Drehmomentsensor nutzen werden.
Aktuelle Informationen zum Perseverance Rover finden Sie hier.
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Hören Sie sich eine Podcast-Episode von Robot Nation an, in der JPL und ATI vorgestellt werden.
