《机器内幕:带我去月球》
微小的运动控制技术有助于一个机器人的原型月球机械工具更换器，该机器人可以从航天器上卸下月球着陆器，然后进行各种科学实验。
美国宇航局兰利研究中心聘请蜜蜂机器人航天器机械公司开发机械工具更换器，用于兰利月球表面操纵系统(LSMS)团队描述的可以卸载着陆器的机器人。在月球着陆器卸载后，机器人可以进行基地组装，然后与工具配对进行科学实验。
这款灵巧、自主的机器人结合了起重机和工具转换器的元素，可用于火星或外太空的多种应用，其机械臂配有末端执行器。
让它起作用
该作业包括一个待在的占地面积，以及负载额定值和偏差允许量的要求。
“蜜蜂”团队的系统工程师李·卡尔森(Lee Carlson)描述了这个项目:“起重机可能位于着陆器甲板上或月球表面，将从与工具匹配的相当远的地方驱动;这就需要考虑到较大的偏差允许量……这是我们的第一个设计挑战。在尝试交配时，起重机的末端和目标工具可能会在任何方向上偏差几英寸，角度偏差最高可达20度。”
除其他考虑因素外，Carlson说:“换刀器必须能够承载约1000磅的重量，因此(换刀器)必须非常坚固。此外，由于这是一个月球项目，它必须能忍受月球尘埃。这两个设计标准需要特殊的密封件来保护大型滚子轴承。如果这个设计是为了空间，它就会变得简单得多。所有的负荷都将减少，灰尘也不再是问题。但月球的环境非常恶劣，在设计月球任务时，月球尘埃是一个主要问题。”
额外的需求
最初的任务要求使用无动力的机械工具。起重机可以做所有的工作。工具包括叉车附件、用于获取地表样本或挖掘的铲子或勺子，甚至是用于提升乘客的水桶。
卡尔森说，NASA增加了将电子或机电工具连接到起重机末端的功能，在原有的机械链路上增加了电气连接，因此工具更换器可以容纳“摄像头或带有摄像头的工具，甚至是轻型手提钻”。由于原合同中没有电子连接器，所以没有空间安装它，而且预算不允许从头开始。
10平方英寸
美国宇航局不想重新设计工具更换器，它给卡尔森2.5 x 4英寸。的自由空间，以纳入公侧的新自主连接器。连接器必须与安装在工具上的母连接器相匹配，这是Carlson所做过的最小的设计。
蜜蜂在起重机上设计了男性的一面，在每个工具上设计了女性的一面，这必须是便宜的，容易制造的。
公连接器有所有的活动部件。它是圆柱形的，装有11个1/16英寸。迪亚。铝引脚，镀金镍，并配置在标准的MIL/Spec模式。连接器安装在小型导轨上。两个滑梯的顶部面相对，Honeybee的组件位于两个滑梯之间，支撑着这个连接器，减少了滑梯上的力矩载荷。
精确的运动
空间内使用了6个滑梯，每边3个。卡尔森说:“这些滑轨以抽屉滑轨的方式相互搭在一起，这些滑轨堆叠在一起，以扩大它们打开抽屉的距离。我们的配置实现了移动的扩展，大约等于三个幻灯片的长度。所以我们可以得到一英寸半的笔划，而不是半英寸的笔划——在一个非常非常小的足迹内。这种应用要求低质量、低负荷和非常低的外形。”
卡尔森说，这些导游是他能找到的最小的幻灯片，由不锈钢制成，来自他以前合作过的一家供应商。为了提高月球灰尘的耐受性，电气连接器组件将密封在风箱中，以保护它免受恶劣的月球环境的影响。所选导轨具有标准径向间隙，精度是其他标准微型导轨的两倍。
设计注意事项
如果蜜蜂采取不同的设计路线，可能会有一个变形的导向块考虑。将连接器安装在延伸到一侧的手臂上的一条轨道上，会导致块变形，降低精度。所使用的版本更坚固，优化了导轨顶部安装表面的加工，连接到工作台。这承受额外的力矩负载，可能会导致一些间隙由于变形。
等待月亮
由于月球探测被搁置，“蜜蜂”正在等待LSMS的组装和测试。
小型技术指南
该连接器安装在NB公司生产的微型导轨上，可提供最广泛的微型线性导轨选择。它们被称为SEBS。
大多数制造商并不声称他们的预紧力消除了所有的间隙。他们的标准从正到负，这就允许存在差距或间隙。负表示有一些预紧力，所以没有间隙。NB设计是以0到负为标准;去除间隙增加精度。负间隙意味着球比空间大，增加了更大的压力和更大的刚性。这种增加的刚性在高精度应用中是可取的。NB制造在装配和制造过程中需要更多的控制。
在某些情况下，不需要预紧力，人们可能希望消除所有摩擦，并为了最小的摩擦而牺牲精度和刚度，但不适用于此应用。
NB SEB-AD版本更坚固，在连接到工作台的导向块的顶部安装表面进行了优化加工，可以承受额外的力矩负载，可能会由于变形而导致一些间隙。
对于最小的应用程序和较小的负载，一个额外的紧凑块，SEBS-BS(尺寸2)，比标准长度块短，有两个孔而不是四个。有两种结构，一种是保留球(其元件便于操作，因为导块可以从导轨上拆卸下来而不会丢失球)，另一种是低成本的无保留球线路。
SER是带有交叉滚子轴承(比滚珠轴承具有更多的接触面积)的微型导轨，提供了最大的刚性。SER采用不锈钢，不保留滚子，与SEBS滚珠轴承微型导轨相同的块尺寸和配置。
在加利福尼亚州Rancho Santa Margarita的Newmark Systems公司最近进行的测试中，由于NB的微型导轨无摩擦运行，经过1.5年的持续运行后，已被证明没有磨损。
蜜蜂公司开发恶劣环境、任务关键型末端执行器超过25年，包括用于其他太空任务的设备。
Larry Hansen是NB Corporation of America的销售总经理。由Mark T. Hoske编辑，CFE Media，控制工程, www.globalelove.com。
www.nasa.gov勘探/ home / why_moon.html
www.globalelove.com/channels/machine-control.html
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