这些天，设计一个机器人系统，以组装零件或负载和卸载机器是没有大的交易，即使是最具挑战性的工厂环境。但是，如果机器人将在月球上执行这些任务，这是一个整个all。
随着航天飞机项目的退役，美国宇航局再次将注意力转向月球，这一次的目标是在月球表面建立一个永久基地。实现这一目标的关键将是能够卸载月球着陆器、组装预制底座组件、操纵工具和科学仪器的机器人。
月球表面操纵系统(LSMS)是nasa此类任务的原型之一。这个机器人由美国宇航局兰利研究中心的工程师设计，它类似于起重机，但更灵活。该系统被设计为远程工作，因此可以用于无人驾驶任务，无需人工交互。这是完全自治。
鉴于机器人的多任务授权，LSMS需要强大的机械工具更换器，NASA与蜜蜂机器人宇宙飞船机制公司合作开发。蜜蜂一直在开发苛刻的环境，关键任期终效器超过25年，因此它特别适合挑战。
雄性连接器是圆柱形的，并用11个镀金镀膜，用金属镀镍填充。照片由NB公司提供。
使它工作
美国宇航局为蜜蜂提供了一个末端执行器的足迹，以及负载额定值、不对准许可和其他规格。剩下的就交给蜜蜂了。蜜蜂公司的系统工程师Lee Carlson说:“起重机可能安装在着陆器甲板上或月球表面，并在离工具相当远的地方被驱动。”“这就需要设计出大的偏差允差。在尝试配对时，吊车和目标工具的末端可能会在任何方向上错位几英寸，最多会出现20度的角度错位。”
还有其他的设计挑战。卡尔森说:“工具更换器必须能够承受1000磅的重量，所以它必须非常坚固。”“此外，因为这是一个月球项目，它必须容忍月球尘埃。这两个设计标准(意味着我们需要)特殊的密封来保护大型滚柱轴承。如果这个设计是为了空间，那就简单多了。所有的负荷都会减少，灰尘也不再是问题。但月球是一个非常恶劣的环境，月球尘埃是在那里设计任务时的一个主要问题。”
最初的作业要求使用无动力工具。起重机可以做所有的工作。工具包括一个铲车附件，一个铲挖掘或获取表面样本，和一个桶提升人类乘客。
然后，NASA决定在起重机的末端安装电子或机电工具。现在，工具更换器也必须提供电气连接。解决这个问题的责任落到了卡尔森身上。
他回忆说:“合同扩大到在现有的机械连接器上增加一个电气连接器。”“LSMS本身就有一个电源，这样你的工具就可以充电了。这样，你的工具功能就可以扩展到相机，或者带相机的工具，甚至是一个轻型手提钻。”
然而，蜜蜂设计团队没有留下空间容纳电气连接器，因为它不是最初合同的一部分。更糟糕的是，预算不允许从头开始重新设计末端执行器。
蜜蜂工程师有大约2.5 × 4英寸的自由空间来容纳连接器的公侧。照片由NB公司提供。
至关重要的10平方英寸
卡尔森不得不在当前设计的限制范围内工作。他大约是4英寸的自由空间，融合了新连接器的男性侧面，它会与安装在工具上的女性侧面配合。“我们一直赚了小东西，如果有更多空间，我可以设计许多不同的方式，”卡尔森说。“这可能是我必须做任何事情的最紧凑。”蜜蜂设计了插头的公侧面和母侧面。由于每个工具都需要自己的连接器，所以母边必须是廉价且容易创建的。
在卡尔森的设计中，母连接器没有移动部件，略有兼容。阳连接器具有所有移动部件。它是圆柱形的，填充有11个镀金，镀镍镀金。销的直径为0.0625英寸，并以标准的MIL规范图案配置。
公连接器安装在NB公司生产的紧凑线性滑轨微型SEB导轨上。
“我们在每侧的空间三中使用了总共六个幻灯片，”卡尔森说。“滑动夹在堆叠的抽屉滑块的方式彼此骑行以延长它们可以打开抽屉的距离。我们的配置实现了相同的运动的延伸，大约是三个幻灯片的长度。因此，而不是0.5英寸的行程，我们可以在一个非常小的占地面积内获得1.5英寸的行程。本申请都需要低质量，低负荷和非常低的轮廓。“
滑块的顶部面对着彼此，连接件安装在中间。这种配置减少了滑块上的力矩负载。
卡尔森选择了SEB指南，因为它们是他能找到的最小的指南之一。他的一个警告是，他想与蜜蜂以前使用过的供应商合作;他不想冒险找新供应商。尽管这个滑梯只是一个原型，但它仍然必须完全由不锈钢制成，不能使用任何塑料。(在空间应用中通常避免使用塑料。)为了防止月球上的灰尘，整个连接器组件将被密封在一个风箱中。
SEB导轨的主要优点是其紧密的径向间隙。大多数制造商并不声称他们的预加载消除了所有间隙。他们的标准指南是正到负，这允许一些间隙。A -评级意味着有一些预载，但没有间隙。
NB的指南从零到负作为一个标准，使更大的准确性，因为没有间隙。换句话说，负间隙意味着球大于空间，增加更多的压力和更大的刚度。这种增加的刚性在高精度应用中是可取的。
插头安装在六个紧凑的直线滑块上，每边三个。照片由NB公司提供。
其他选项
当然，可以有一个没有预先加载的情况。工程师可能希望折衷精度和刚性以实现最小的摩擦。在这种情况下，工程师可能想要清关。但空间使命不是这样的案例。如果“蜜蜂”选择了不同的设计路线，工程师们可能不得不担心导向块的变形。例如，如果连接器只安装在延伸到一侧的手臂上的一个轨道上，这可能会导致块的变形，降低精度。
这个问题也有一个线性指南。它叫做SEB-AD。AD版本更加坚硬，因为NB优化了导向块顶部安装面的加工，该导向块与工作台相连。这承受额外的力矩负载，可能造成一些间隙由于变形。
对于最小的应用，NB为轻微的载荷提供了一个额外的紧凑型块，SEB-BS短于标准长度块，并且只有两个孔而不是四个。SEB-BS可在保留球和非保留球版本中获得。前者允许更容易处理，因为可以从轨道移除引导块而不失去球。
如果需要更大的刚性，则应考虑SER线性导向器。它具有交叉滚子轴承，其提供比滚珠轴承更大的接触区域。完全由不锈钢制成，Ser载玻片具有非保留辊，可在与SEB引导件相同的块尺寸和配置中提供。
最近，加利福尼亚州圣玛格丽塔牧场的纽马克系统公司进行了测试，结果证明，即使在连续旅行了1.5年之后，新墨西哥州的微型指南也不会磨损。
有关线性指南的更多信息，请在800-521-2045拨打NB或访问 www.nbcorporation.com。
交叉滚子微型导轨比滚珠轴承导轨能承受更大的载荷。照片由NB公司提供。
组装线上
有关运动控制的更多信息，请访问www.jaquemin.com阅读这些文章：• 在行动中汇编：幻灯片希望乘车到火星。
• 运动控制:如何指定短的线性驱动器。
• 滚珠丝杠提供快速、准确的直线运动。
