通過打造地面機(jī)器人助力太空探索。在最新一期的《樹莓派官方雜志》中，Rob Zwetsloot深入探究了這一前沿領(lǐng)域。

零重力環(huán)境十分奇特。我們大多數(shù)人很難真正想象出在太空任務(wù)中所經(jīng)歷的那種失重環(huán)境，而且航天器內(nèi)部加壓大氣環(huán)境與真空環(huán)境之間也存在差異。哪怕是最微小的變量都可能對(duì)事物產(chǎn)生影響。為了更好地理解各種效應(yīng)，必須研制出專門的設(shè)備。

整體構(gòu)造的平臺(tái)宛如一套奇特的K'Nex積木

SpaceR 團(tuán)隊(duì)的Bar?? Can Yal?in告訴我們:“零重力實(shí)驗(yàn)室是專門設(shè)計(jì)來模擬航天器交會(huì)、對(duì)接、捕獲和航天器之間的其他交互等場(chǎng)景的?！八鋫淞讼冗M(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)施，包括類似太空的照明條件，動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，環(huán)氧樹脂地板，安裝的機(jī)器人軌道，以及集成機(jī)載計(jì)算機(jī)和大型實(shí)體模型的能力。這些功能使研究人員能夠?yàn)楠?dú)特的軌道場(chǎng)景進(jìn)行廣泛的實(shí)驗(yàn)，允許與集成硬件和預(yù)

填補(bǔ)需求空白

太空產(chǎn)業(yè)規(guī)模依然龐大，建造此類實(shí)驗(yàn)室是為了確保太空任務(wù)的安全與可靠。

Bar??表示：“軌道服務(wù)、組裝與制造（OSAM）、主動(dòng)太空碎片清除（ADR）以及小行星采礦（AM）在科研和商業(yè)領(lǐng)域正變得愈發(fā)重要。地球軌道上充斥著老舊的太空資產(chǎn)，而未來幾年計(jì)劃中的太空任務(wù)數(shù)量預(yù)計(jì)將急劇增加。此外，未來十年還計(jì)劃在地球軌道上建立多個(gè)空間站和大型結(jié)構(gòu)，這些設(shè)施將部分在太空中組裝和/或制造。這些活動(dòng)需要更高程度的自主性和緊密交互。為確保在軌操作的安全、可靠，在發(fā)射任務(wù)前，必須在地面驗(yàn)證和確認(rèn)制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制（GNC）算法。因此，開發(fā)有效的實(shí)驗(yàn)裝置來測(cè)試這些算法的需求日益增長(zhǎng)。正因如此，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界，許多機(jī)構(gòu)都已開發(fā)并頻繁使用懸浮平臺(tái)來模擬軌道機(jī)器人場(chǎng)景。”

樹莓派助力平臺(tái)控制與機(jī)器人通信

在此場(chǎng)景中，樹莓派能發(fā)揮什么作用呢？它體積小巧、成本低廉，且擁有龐大的支持群體和良好的兼容性，再加上樹莓派可與ROS（機(jī)器人操作系統(tǒng)）配合使用，使其能夠在此類項(xiàng)目中承擔(dān)眾多功能。圖像處理、數(shù)據(jù)分析、控制算法、無線連接等功能，使樹莓派成為此類系統(tǒng)原型開發(fā)和嵌入式應(yīng)用的理想之選。

簡(jiǎn)易搭建

簡(jiǎn)單來說，該系統(tǒng)的工作原理類似于氣墊曲棍球桌。懸浮平臺(tái)配備“氣墊軸承”，使其像氣墊船一樣略微懸浮于地面之上，并且平臺(tái)配備了一系列噴嘴，可實(shí)現(xiàn)三自由度（DoF）運(yùn)動(dòng)——能夠沿X軸和Y軸移動(dòng)，并繞Z軸旋轉(zhuǎn)。要實(shí)現(xiàn)這一功能，平臺(tái)必須足夠輕便。

實(shí)驗(yàn)中機(jī)器人協(xié)同工作的可視化展示

Bar??解釋道：“懸浮平臺(tái)采用輕質(zhì)碳纖維材料進(jìn)行增材制造，這有助于延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間，從而能夠在零重力實(shí)驗(yàn)室中模擬復(fù)雜場(chǎng)景。懸浮平臺(tái)越輕，消耗的壓縮空氣就越少。此外，懸浮平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)，中間和上層的板件易于拆卸，還可用于攜帶各種仿真場(chǎng)景所需的設(shè)備。其類似繩索的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為安裝多個(gè)組件提供了充足空間。3D打印的支撐件可輕松集成到繩索結(jié)構(gòu)中，從而能夠組裝額外的設(shè)備，如碎片清除系統(tǒng)、碎片模型、加油或?qū)幽Ｐ汀?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/117/" target="_blank">傳感器等。每塊板的直徑為60厘米，板間距離可調(diào)，這為容納不同類型的設(shè)備提供了靈活性，使平臺(tái)在各種應(yīng)用中具有高度的通用性。”

成功啟用

好消息是，懸浮平臺(tái)按預(yù)期運(yùn)行良好。

開展實(shí)驗(yàn)和測(cè)試的實(shí)驗(yàn)室

Bar?? 透露：“從實(shí)驗(yàn)過程中收集的數(shù)值結(jié)果來看，我們確認(rèn)采用樹莓派的懸浮平臺(tái)適用于模擬在軌場(chǎng)景。零重力實(shí)驗(yàn)室的懸浮平臺(tái)已成功實(shí)現(xiàn)軟件在環(huán)（SIL）和硬件在環(huán)（HIL）功能。已利用零重力實(shí)驗(yàn)室的懸浮平臺(tái)開展了多項(xiàng)針對(duì)特定任務(wù)的原理驗(yàn)證測(cè)試，如交會(huì)對(duì)接、在軌交互、著陸等?！?/span>

也許未來會(huì)有搭載樹莓派的機(jī)器人在此接受測(cè)試？唯有時(shí)間能給出答案。

快速了解

該設(shè)計(jì)的部分內(nèi)容已申請(qǐng)專利。

平臺(tái)與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的其他機(jī)器人進(jìn)行通信。

通信通過ROS實(shí)現(xiàn)。

電磁閥控制壓力，最大可達(dá)10 bar。

壓力調(diào)節(jié)器有助于控制外部壓縮空氣源。