红色星球上的maxon驱动器(一)

文章来源: maxon 发布时间:2020-09-09
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的一个梦想:现在,在探测车的帮助下,他们可以证明红色火星上曾经存在过液态水——这是生命存在的一个前提条件。在这一次的探测任务中,maxon依旧作出重要贡献:在每一台探测车中安装有35台直径20或25mm的有刷DC电机,用于推进系统、控制系统或机械臂。另外,探测车的着陆装置中也安装有八台电动驱动器。

从第一台探测车到火星无人机

截至目前为止,已有超过100台maxon电机在红色火星上服役,并经受住了宇宙射线、沙尘暴以及剧烈温度波动等各种严峻的考验。与“毅力号”(Perseverance)探测车一起,maxon的精密驱动装置将再一次飞向火星。成功的秘诀与以往相同:工业标准产品。

没有maxon驱动系统的火星任务?不敢想象!事实上,在过去二十年间,几乎所有成功实现的机器人探测计划中都用到maxon DC电机。如今,已有超过100台maxon电机正在红色火星上服役。另外,随着美国国家航空航天局(NASA)“毅力号”探测车将于2021年正式开始探测工作,还会有更多maxon电机在火星执行任务。在maxon公司所擅长的各种项目中,太空探测任务仅占一小部分。这家瑞士公司所生产的DC电机和BLDC电机、控制器、齿轮箱以及编码器等产品大多运用于各类医疗应用、工业自动化或机器人技术领域。

Q:maxon为什么能成为太空探测项目的重要供应商?

答案很简单:因为maxon能提供高品质的标准产品。迄今为止,用于火星探测任务的所有驱动器均以标准目录产品为基础,而这些标准目录产品同样也被应用于地球上几乎所有应用领域中。当然也需要根据具体情况对标准目录产品进行相应的改装,从而使其能承受各种严苛条件的考验。但归根结底,它们的基本结构没有什么不同。

· 借助11台DC电机探索未知世界

1997年,人类历史上首次有探测车在火星表面漫游,并在那里执行来回行驶、拍摄图像以及检测土壤样本的任务。NASA的“旅居者号”(Sojourner)探测车配有六个车轮,重量仅11公斤,是当时成本相对较低的实验性项目。该项目中尽可能多地采用了工业标准产品,例如用于驱动器、转向系统以及操作各种科学仪器的11台DC电机。maxon驱动器配备了经典的无铁芯转子和菱形绕组,比普通DC电机的功率更加强大、动态性能也更高。另外,maxon的工程师们还对电刷和润滑剂进行了改进。然而在当时,还没有人能确定这次火星探测任务是否能够成功。毕竟,人们在此方面并没有太多的经验。另外,这个项目的要求也非常高:火箭发射时的剧烈振动、太空旅行期间的真空环境和宇宙射线、在火星上着陆时的撞击,另外还有沙尘暴以及在-120摄氏度到+25摄氏度之间的巨大温差,都是必须克服的难题。但最终,这次火星探测任务得以圆满完成,maxon也因此而闻名世界。

从那以后,各国航空航天部门对于火星这颗红色星球的深度探索任务不断增多。他们想要回答那些巨大的疑问:火星上有水或者冰吗?火星上是否有生命存在,或者至少曾经有生命存在?以及:作为地球的邻居,为什么火星的发展轨迹与地球完全不同?

· 两台探测车超出所有预想

在“旅居者号”探测车成功完成任务后,NASA又决定同时向太空派出另外两台科学研究机器人:孪生探测车“机遇号”(Opportunity)和“勇气号”(Spirit)。这两台探测车与“旅居者号”并不属于同一个量级:每台重达185公斤,并装备各种用于清刷地面以及在石头上钻孔的仪器。2004年1月,两台探测车分别在火星上着陆,并开始应为期至少三个月的探测任务。出人意料的是,“勇气号”的服役时间竟长达六年,最终失陷于沙中。而它的孪生兄弟“机遇号”则在火星上坚持15年之久,总行驶里程达到45公里。对于业内的科学家来说,这次探测任务的超额完成实现了他们长久以来的一个梦想:现在,在探测车的帮助下,他们可以证明红色火星上曾经存在过液态水——这是生命存在的一个前提条件。

在这一次的探测任务中,maxon依旧作出重要贡献:在每一台探测车中安装有35台直径20或25 mm的有刷DC电机,用于推进系统、控制系统或机械臂。另外,探测车的着陆装置中也安装有八台电动驱动器。

在此之后的火星探测任务中同样使用类似的电机,例如NASA在2008年进行的火星探测任务:定点停驻探测器“凤凰号”(Phoenix)。这台火星探测器在火星上寻找冰冻水,并最终在一块加热后的分析用土壤样品中发现水的踪迹。在这台探测器上,maxon驱动器的任务是调整探测器的太阳能电池板并驱动机械臂。

· 电机钻入火星地表

在那以后,科学技术在各个领域均取得重大进展。如今,火星上又多了两台机器人探测车:一台是“好奇号”(Curiosity)探测车,它在规格尺寸以及配备的测量装置方面都完胜之前的所有探测车。这台探测车从2012年起开始工作,它的重量达到一吨并配备有十台仪器。在这一项目中,maxon的参与度虽然不高,但却非常重要。maxon公司为这一项目提供了控制电机所需的MR编码器。

2018年底,另一台定点停驻探测器“洞察号”(InSight)也登陆火星。与孪生探测车“勇气号”和“机遇号”一样,NASA工程师使用技术成熟的RE 25电机来展开探测器的太阳能电池板。另外,探测器中首次采用一款新型有刷DCX驱动器,以帮助(被称为“鼹鼠”的)温度探测器钻入火星地表下几米深处。

下一次探险整装待发

如今,maxon的员工们都在热切期盼着下一次火星探险计划的顺利实施:NASA将在2020年向火星发送“毅力号”探测车,并借助这台探测车在火星上寻找原始生命迹象。探测车最重要的任务是采集多个土壤样本、将其密封在容器中并放置在火星地面的指定位置上,以便能在之后的探测任务中将这些样本带回地球。探测车内部配备多台maxon BLDC电机用于处理这些样本。其中部分电机安装在小型机械臂中,协助机械臂将样本从一个站点转移到另一个站点。在密封和放置样本容器时也会用到maxon电机。

这些驱动器当然以标准目录产品为基础——九台EC 32 flat电机和一台EC 20 flat电机与一台行星齿轮箱GP 22 UP组合。在过去多年中,maxon的工程师们与专为NASA开发和管理无人飞行器太空探索项目的喷气推进实验室(JPL)密切合作,对驱动器进行持续改进和全面测试。

飞翔才更美丽

“毅力号”探测车计划将于2021年2月18日登陆火星,它还将有一个同伴,那就是“机智号”(Ingenuity)无人直升机。这架采用太阳能驱动的无人机重约1.8公斤,它肩负着完成短途飞行并拍摄航拍影像的任务。这项实验的主要目的在于测试其他同类型无人机设计理念。毫无意外:这架无人直升机中也使用maxon的产品。六台直径10 mm的有刷DCX电机控制转子叶片的倾斜度,从而控制飞行方向。如果无人直升机能顺利起飞,那么在“旅居者号”圆满完成任务24年后,maxon将再次成为火星上一项伟大工程壮举的一部分。

作者:Stefan Roschi,maxon Group

图片版权:NASA/JPL-Caltech、maxon Group


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