갠트리 로봇이 테스트한 PPE 모듈은 게이트웨이 우주 정거장에 전력을 공급합니다. 출처: Bell-Everman
NASA의 아르테미스 프로그램은 달 지상 기지와 우주 정거장을 건설하기 위해 인간을 달로 다시 보낼 계획입니다. 게이트웨이(Gateway)로 알려진 우주정거장은 60킬로와트의 전력을 생성하기 위해 대규모의 첨단 다중접합 태양전지 어레이를 사용하는 전력 및 추진 요소(PPE) 모듈에 의해 구동됩니다.
PPE의 성공을 보장하려면 다음을 테스트하는 것이 중요합니다. 태양의 햇빛을 복제하고 각 회로의 성능을 측정하는 고급 시뮬레이션을 갖춘 어레이입니다. 설계자: 옹스트롬 디자인스(Angstrom Designs Inc.)따라서 태양광 시뮬레이터 헤드는 태양전지 어레이의 길이와 너비를 따라 여러 지점에 배치되어야 합니다.
일반적으로 선형으로 구성된 자동화 프레임을 사용하여 수행되는 프로세스입니다. 운동 단계. PPE의 태양광 어레이는 너무 크기 때문에 기존 어레이 크기에 맞게 제작된 표준 프레임은 필요한 수직 및 수평 동작을 제공할 수 없습니다.
벨-에버먼 Angstrom Designs 태양광 시뮬레이터 헤드가 PPE의 태양광 패널을 테스트할 수 있는 맞춤형 모션 시스템을 설계, 엔지니어링 및 제작했습니다. 또한 시뮬레이터 헤드가 완전히 보정되었는지 확인하기 위해 태양전지 표준에 따라 시뮬레이터 성능을 보정하고 검증하는 I-formation 갠트리 로봇도 제작했습니다.
모션 시스템의 특별한 요구 사항을 충족하기 위한 기계적 과제에 대해 자세히 알아보세요.
Bell-Everman은 가장 비용 효율적인 디자인을 찾습니다.
초기 설계에는 두 개의 굽힘 트랙이 있었습니다. 하나는 지상에 있고 다른 하나는 패널 상단 근처에 약 30피트 높이에 있었습니다. 트랙은 3,500파운드의 LED 태양광 시뮬레이터를 지원합니다. 로드 – 배치된 하나의 어레이를 테스트한 다음 구부러진 곳을 돌아 거대한 비계 구조의 반대편에 있는 어레이를 테스트할 수 있습니다.
그러나 I-formation 갠트리처럼 작동하는 이 솔루션에는 특수 베어링 시스템이 필요했습니다. 이로 인해 설계 복잡성이 증가하고 높이 및 하중 요구 사항을 고려하여 프로젝트가 예산을 초과하게 되었습니다.
대체 설계로 Bell-Everman은 X 및 Y 모션을 위한 모바일 베이스와 서보 제어 Z를 사용하여 태양광 시뮬레이터를 3층 수직 타워 위로 올리는 모션 시스템을 설계했습니다. 이 모바일 로봇 갠트리 설계는 가장 비용 효율적인 옵션이었으며 시스템 복잡성을 대폭 줄였습니다.
프레임, 모션 시스템은 수직으로 유지되어야 합니다.
태양광 시뮬레이터 페이로드로 인해 모바일 로봇 갠트리의 전체 프레임은 많은 무게를 견뎌야 했고 시뮬레이터 LED 어레이를 태양광 어레이와 평행하게 유지해야 했습니다. 이를 위해서는 서브프레임이 하중을 끌어올리는 힘을 견딜 수 있고 지진 발생 시 넘어지지 않고 살아남을 수 있도록 상당한 양의 유한 요소 분석이 필요했습니다.
또한 완전히 구성된 모션 시스템은 규모가 크므로 매우 좁은 평면도에서 배치 구조의 끝 부분을 회전할 수 있어야 합니다.
원래 PPE 패널을 테스트하기 위해 제작된 NASA는 모션 시스템을 계속 사용하여 미래의 우주 비행 기술을 테스트할 수 있습니다.
무거운 캔틸레버 리프팅 핸들 힘
240개의 태양광 시뮬레이터 헤드는 2개의 배열(2×18피트) 사이를 전환하는 3개의 균형 잡힌 피봇팅 세그먼트의 팬터그래픽 모핑 배열에 중첩되어 있습니다. 그리드와 6 x 6 피트. 그리드. 어레이가 작동하면 모션 시스템의 프레임에 높은 모멘트 힘이 전달됩니다.
PPE 태양광 시뮬레이터 프레임의 팬터그래픽 모핑 배열은 3개의 균형 잡힌 피봇 세그먼트로 이루어져 있으며 개방형 슬롯에 중첩된 pLEDs 헤드를 수용합니다. 출처: Bell-Everman
이러한 힘을 수용하기 위해 우리는 평소보다 무거운 선형 베어링 레일과 8인치 크로스 롤러 베어링을 사용했습니다. 이더넷 통신을 전달하기 위한 보어와 세그먼트당 40kW의 전력을 제공합니다.
배열과 모핑 구조는 3,500파운드를 나타냅니다. 수직 타워의 캔틸레버식 하중으로 인해 타워의 모멘트 하중 균형을 맞추고 중성 부력에 가까운 것을 제공하기 위한 균형이 필요합니다.
결합된 페이로드와 LED 어레이의 총 이동량은 10,000파운드입니다. 드럼 호이스트. 수직 운동을 달성하려면 단일 서보벨트 헤비 리니어 와 함께 사용됩니다 보쉬렉스로스 드라이브 및 대형 중복 케이블.
평형 설계는 수직 드라이브가 50~300lb의 무게 불균형만 볼 수 있도록 보장합니다. 이는 최대 600lb.의 선형 힘을 수용할 수 있는 ServoBelt Heavy LoopTrack 드라이브에 충분한 호흡 공간을 제공합니다.
또한 균형 덕분에 드라이브에 장애가 발생하더라도 이 귀중한 부하가 손실되지 않습니다. 풀리 리디렉션을 통해 이러한 케이블을 끼우면 균형추와 페이로드가 하단에 주차된 위치에서 중간 높이까지 함께 올라갈 수 있습니다.
이 흥미롭고 완전히 중복된 케이블 레이아웃은 거친 위치 지정 호이스트 범위 전체에 걸쳐 완전한 중립 부력을 허용합니다.
타워는 하나씩 건설되었습니다.
태양광 시뮬레이터 부하를 지지하는 수직 타워는 완전히 건설되면 3층 높이에 도달합니다. 탑이 만들어진 건물 내부에 들어갈 수 없을 정도로 높이가 너무 높았기 때문에 탑은 세 부분으로 나누어졌습니다.
우리는 어셈블리 베이의 낮은 천장 내에서 전체 기능 테스트에 하단 섹션을 사용할 수 있도록 더 짧은 카운터밸런스 케이블 세트를 만들었습니다.
리프트가 완성된 수직 타워 위로 이동할 때 각 섹션이 연결된 결함으로 인해 발생하는 진동은 시뮬레이터 성능과 진단 품질에 영향을 미칩니다. 우리는 장거리 이동 갠트리 시스템과 유사한 특별한 다세대 접합 방법을 사용하여 각 타워 섹션을 결합했습니다. 이러한 범용 접합 조인트는 접합 전반에 걸쳐 부드러운 수직 동작을 가능하게 합니다.
이동을 위한 Z축 자동화
모션 시스템의 작동은 완전 자동화된 Z축 이동을 제외하고 수동으로 작동됩니다. 이와 같은 우주 이동형 태양전지 어레이의 가치가 높기 때문에 어레이를 손상시킬 가능성이 있는 동작 축을 수동으로 이동하는 것이 훨씬 좋습니다.
시스템을 꺼내거나 보관할 때를 포함하여 대규모 이동을 위해 전동 예인선이 전체 시스템을 당깁니다. 시스템을 PPE 태양전지 어레이 근처로 가져오면 시스템 바퀴에 부착된 레버 암을 사용하여 미세 조정이 이루어집니다. 올바른 위치에 도달하면 나사 발이 바닥으로 내려갑니다.
완전히 건설된 태양광 시뮬레이터 타워는 3층에 달합니다. 여기에서는 6×6피트 구성의 팬터그래픽 모핑 배열을 보여줍니다. 출처: Bell-Everman
화염을 방지하도록 설계된 전기 시스템
시뮬레이터에는 500와트 pLEDss 헤드 240개가 포함되어 있으므로 이 프로젝트의 가장 큰 과제는 120kW 이상의 전력을 관리하는 것이었습니다.
많은 차단기와 분기 기능을 갖춘 전기 시스템은 모든 수준에서 단락이 발생할 경우 과열 및 화재 피해를 방지하도록 설계되었습니다.
교정 시스템은 별도입니다.
Angstrom Designs의 프로그래밍 가능 LED 태양광 시뮬레이터(pLEDss)가 성공적으로 작동하려면 아이소타입(isotype)이라는 태양광 전지 표준에 따라 보정되어야 합니다.
우리는 또한 태양전지 아이소타입을 수용하는 I형 갠트리로 구성된 테스트용 PPE 태양광 시뮬레이터용 교정 시스템을 설계했습니다.
“Calibot”으로 알려진 이 I-프레임 갠트리 로봇은 시스템이 모핑 위치에 있는 동안 pLEDss 헤드를 보정할 수 있습니다.
pLEDss 헤드는 단일 접합부터 최대 6개 접합까지 셀의 전류 일치 접합에 대한 완전한 스펙트럼 제어 기능을 갖추고 있습니다. 출처: 옹스트롬 디자인
Calibot을 pLEDss 테스터로 이동하면 제어 상자가 연결되고 도킹 메커니즘은 교정 중에 최적의 스탠드오프 거리를 유지합니다. PPE 시뮬레이터 시스템과 Calibot은 모두 NASA와 동일한 시설에 보관됩니다.
팬터그래픽 모핑 어레이는 각각 80개의 pLEDs 헤드를 포함하는 3개의 작은 하위 어레이로 구성됩니다. 각 하위 어레이에는 자체 터미널 블록과 케이블이 있습니다.
각 헤드의 DC 전원 공급 장치는 220VAC로 제공되므로 더 작은 18게이지 전선을 사용할 수 있습니다. 하네스의 양으로 인해 차단기 박스에 연결되는 약 400개 케이블의 무게와 공간을 줄이는 것이 중요합니다.
두 개의 태양광 어레이, 바닥 장착 케이블 트랙 및 가이드 시스템을 고정하는 지지 비계 주위를 U턴해야 하는 초기 I 형식 갠트리 설계를 기반으로 전력 공급에만 드는 총 비용은 대략적으로 추정되었습니다. $200,000.
간단한 연장 코드를 갖춘 모바일 로봇 갠트리 설계 덕분에 이 비용은 6,000달러로 줄었고 케이블 길이는 150피트에 불과했습니다.
전체 프로젝트는 대형 트랙 기반 I형 갠트리를 사용하여 완료할 수 있었습니다. 그러나 Bell-Everman은 이동식 갠트리 로봇으로 설계를 단순화하여 시스템 복잡성과 비용을 크게 줄였습니다.
ServoBelt 선형 액추에이터를 갖춘 I-Form 선형 로봇은 지점 간 모션 제어에 탁월합니다. 출처: Bell-Everman
게시물 로봇은 Artemis Program의 PPE 태양전지 어레이 시뮬레이션 프레임의 기준을 높입니다. 처음 등장한 로봇 보고서.
