谈到太空探索,著名科技企业家和慈善家埃隆-马斯克说:”你希望从事物中获得灵感。清晨醒来,你会觉得未来将是美好的–这就是航天文明的意义所在。这就是相信未来,认为未来会比过去更好。我想不出还有什么能比走出太空,遨游星际更令人兴奋的了。”
未来变得更好的可能性是技术行业中许多人的雄心壮志。对于 ATI 工业自动化公司来说,这是企业文化的基础,也是产品开发的重点。ATI 机器人末端执行器的应用范围非常广泛,从极端温度到恶劣的化学环境。他们的工程团队引以为豪的是能为制造和自动化挑战提供创造性的解决方案,现在他们面临着在外太空实现这一目标的机会。
ATI 主动联系美国国家航空航天局喷气推进实验室(JPL),提出为最新的火星 2020 年漫游车项目 Perseverance 开发定制的力/扭矩传感器。喷气推进实验室是美国研究太阳系机器人探索的领先机构,负责管理美国宇航局的深空网络,该网络是地球上工作最繁忙的电信系统。火星 2020 任务是由美国国家航空航天局、JPL 和其他许多受委托开发探索火星表面新技术的组织共同完成的。


这项特殊任务是美国国家航空航天局火星探测计划的一部分,其目的是通过亲身体验了解这颗红色星球。这个项目有一个完整的议程,包括寻找远古微生物生命的迹象,对火星的气候和地质进行分类以帮助确定是否存在适合人类居住的环境,从火星表面采集样本,以及为人类探索火星做准备,可以说这是这次任务最令人兴奋的目标。
毅力号漫游者是一个无人驾驶的机器人飞行器,大小与一辆汽车差不多;在探索过程中,它将从主要地点采集岩石和土壤的小样本并编制索引。一旦登上火星,样本管就会被存放在漫游车内,以便最终返回地球。
显然,JPL 需要一个自动系统来收集和处理太空材料,并通过索引过程将其移动。为了实现这一目标,工程师们开发了自适应缓存组件,这是一种类似于工厂车间常见的拾取和放置操作的应用。实际上,开发能够在漫游者任务中执行任务的系统和组件将是一个需要克服的巨大挑战。
样本缓存子系统由自适应缓存组件、一个带有钻头和各种钻头的大型机械臂组成,用于从火星表面的指定区域采集样本。采集完成后,一个被称为样本处理组件(SHA)的小型机械臂将在漫游车的车载实验室中检查并密封样本。集成在 SHA 末端执行器组件中的 ATI 力/扭矩(F/T)传感器可提高响应速度。借助 ATI 的力传感器,SHA 可以在狭小的工作空间内轻松穿梭,准确无误地执行要求苛刻的任务。


该子系统模拟农业和制造业中的自动化流程,使用机器人使重复性操作更加精确。在这类应用中,ATI 的力/力矩传感器通常与机器人一起使用,以实现更强的流程控制,并提供流程验证,例如指示销钉是否正确插入夹具。
铸造厂和炼油厂等某些应用环境需要考虑不寻常的环境因素,ATI 为此开发了专门的传感器。然而,没有什么能与 2020 年火星任务的预期条件相提并论;火星表面温度低于零度,地形崎岖不平。在登陆火星之前,火星车及其子系统必须在最初的阿特拉斯 5 火箭发射中幸存下来。
为了向 “毅力 “项目提供强大的力传感解决方案,ATI 对其力/力矩传感器技术进行了调整,以抵消各种环境条件的影响。ATI 的空间额定力/力矩传感器采用了全新设计,可提供信号冗余并补偿温度变化,确保在整个任务期间对力和力矩进行精确分辨。该传感器经过热校准,经证明可在各种极端温度下以最佳状态运行。为了开发和测试这些突破性功能,ATI 工程团队设计了专门的校准设备,并对产品试验进行了 24 小时监控。
此外,还添加了由热稳定、低放气材料制成的组件,以加强传感器在剧烈环境波动下的稳定性。这些材料还能防止任务期间样本的交叉污染,这也是火星2020漫游车项目最重要的考虑因素之一。
经过多年的开发,备受期待的火星 2020 漫游者已经完全组装完毕,可以开始执行任务了。毅力号将于2020年夏末从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空,并于2021年2月抵达火星。

除外层空间应用外,ATI 的空间额定力/力矩传感器还为维修机会有限或高真空或极端温度变化情况下的应用提供主动力控制。
通过该项目,ATI 开发出了将载入 NASA 史册的新技术,并为地球上的应用提供了稳健可靠的力传感器。温度补偿、热稳定元件和额外的信号冗余使放射性物质退役、石油和天然气、金属铸造和铸造厂等行业的用户受益匪浅,也使其他需要在极端环境中连续使用的应用受益匪浅。ATI 期待着在 “毅力 “号火星2020漫游车执行任务期间对其进行跟踪,并期待着采用这种空间额定力/力矩传感器的创新应用。
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