Erkundung neuer Welten mit dem Open ATV-Projekt der NASA

Das Jet Propulsion Laboratory der NASA hat das Design des Mars-Geländefahrzeugs so angepasst, dass Sie in Ihrer Garage etwas Ähnliches herstellen können

Ich habe eine besondere Beziehung zu Marsrovern vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA. Ich habe es wirklich genossen, mir die Fotos des Sojourner anzusehen und mit der Nase nach den Steinen zu stechen, und ich frage mich immer noch, ob er es geschafft hat, den Mars Pathfinder Lander zu umgehen, nachdem die Verbindung zu ihm unterbrochen wurde . Mein Herz brach, nachdem der Geist die Klappe gehalten hatte, und die Gelegenheit inspirierte mich weiter, nachdem ich so lange nach dem geplanten Ende der Mission gearbeitet hatte, selbst wenn ein Staubsturm drohte, sie zu verhungern. Insbesondere erinnere ich mich sehr gut daran, wie verrückt die Idee war, die Neugier von einem Roboter-Himmelskran an die Oberfläche fallen zu lassen, und wie erstaunt ich war, den reibungslosen Ablauf der Operation vom Presseraum im Labor aus zu beobachten.

Ich bin nicht der einzige, der der Meinung ist, dass Geländefahrzeuge von JPL unglaublich gut sind, und viele andere Amateure von Geländefahrzeugen haben das Labor mit der Bitte belästigt, ein kleines und niedliches Geländefahrzeug zu entwickeln, das zu Hause gebaut werden könnte. JPL hatte schon seit einiger Zeit daran gearbeitet und gerade die Schaffung des Endprodukts als Teil des Open-Source-Geländefahrzeugprojekts und dessen Slogan „Weltraumroboter für alle!“ Angekündigt.


Open Source ATV (Wok) von JPL

Ein Open-Source-Geländewagen in JPL wurde von einem sehr kleinen Team entwickelt - zwei Praktikanten und der Projektleiter. Sie erhielten die Hilfe erfahrener Laborroboteringenieure. Das Ziel war es, etwas erschwinglich und kostengünstig zu machen, da das vorherige Bildungsprojekt des Labors namens ROV-E nicht nur unglaublich beliebt, sondern auch extrem teuer war - es kostete mehr als 30.000 US-Dollar. Das Ziel des Wok-Projekts war es, die Kosten um mindestens eine Größenordnung zu senken. Behalten Sie die Nützlichkeit des Geräts bei, machen Sie es attraktiv und einfach zu erstellen - all dies in nur 10 Wochen.

Es gelang ihnen - sie entwickelten ein Schema, nach dem es möglich ist, einen Roboter aus verfügbaren und fertigen Teilen, die in Geschäften verkauft werden, für nur 2500 US-Dollar zusammenzubauen. Das Wok-Antriebssystem ist nach dem Vorbild der Curiosity konzipiert, wenn sechs unabhängige Räder drehbar auf einer schwingenden Aufhängung montiert sind, die Hindernisse überwinden kann. Der Laserbohrer wurde durch einen programmierbaren Bildschirm ersetzt - sorry, aber dies sind Sicherheitsanforderungen. Und obwohl der Roboter keine eingebaute Autonomie besitzt, ermutigt das Labor Enthusiasten, zusammenzuarbeiten, um zusätzliche Funktionen des Roboters sowohl in Bezug auf Ausrüstung als auch Software zu erstellen.

JPL schätzt, dass der Bau eines Roboters ungefähr 200 Mannstunden dauern sollte, und obwohl Elektrowerkzeuge immer nützlich sein werden, benötigen Sie mindestens einen Bohrer, einen Dremel, einen Lötkolben, einige andere einfache Werkzeuge, eine grundlegende Einführung in Linux und Python und möglicherweise ein Sicherheitsfreund - wenn Sie so etwas noch nie gemacht haben. Die auf GitHub veröffentlichte Dokumentation scheint ziemlich umfassend zu sein, und es wurde sogar ein Forum organisiert, in dem JPL-Leute Fragen beantworten. Wir haben es geschafft, einen von ihnen zu interviewen - es war Mick Cox, der Leiter des Internet of Things-Teams bei JPL, der auch die Erstellung des Woks leitete.

IEEE Spectrum : Was hat Sie dazu gebracht, den Wok zu entwickeln? Woher kam das Projekt, was machen die Leute, die an JPL beteiligt sind?

Mick Cox : Der Wok basiert teilweise auf dem JPL-Bildungsprojekt ROV-E (Bildungsfahrzeug mit Fernbedienung), das in Museen, Schulen und verschiedenen Veranstaltungen eingesetzt wurde, um das Interesse der Menschen an Robotik und Weltraumforschung zu steigern. Die Leute fragten uns ständig, ob wir Pläne für die Selbstorganisation des Roboters herausgeben könnten, aber das ROV-E war etwas kompliziert und teuer. Wir wollten ein neues Geländewagen herausbringen, das ein Team von Schülern nicht mehr als 2500 US-Dollar sammeln kann. Dieses Projekt ist ein Open-Source-Geländewagen.

Wir hoffen, dass wir durch die Veröffentlichung der Pläne des Geländewagens eine neue Generation von Ingenieuren, Robotern und Wissenschaftlern inspirieren können, indem wir unser eigenes Mars-Geländefahrzeug bauen! Ich habe dieses Projekt geleitet, aber im Allgemeinen arbeite ich in JPL als Datenverarbeitungsspezialist und leite das Internet der Dinge-Projekt. Zwei Wochen lang haben zwei Studenten und ich ein Geländewagen entwickelt, gebaut und dokumentiert. Einer von ihnen (Eric Jankins) wurde vom Laborpersonal eingestellt und hilft jetzt in unserer Gruppe von Robotik-Prototypen. Die andere (Olivia Lofaro) studiert noch und arbeitet jetzt als Praktikantin bei Google X.



Beschreiben Sie, wie die Entwicklung des Geländefahrzeugschemas vor sich ging. Was waren die Prioritäten, wie unterschiedlich ist die endgültige Version vom Konzept?

Es gab nur sehr wenige strenge Anforderungen:

• Eine schwingende Federung ähnlich der von Mars-Geländefahrzeugen.
• 6-Rad-Antrieb und Kurvenlenkung, ähnlich wie bei Mars-Geländefahrzeugen.
• Vollständig zusammengesetzt aus fertigen Teilen, die in Geschäften verkauft werden oder die auf einem 3D-Drucker gedruckt werden können.
• Kostet weniger als $ 2500.
• Attraktives Aussehen.

Die allererste Version der Schaltung basierte auf Kunststoffrohren und -verbindungen, die auf einem 3D-Drucker gedruckt wurden. Wir haben es durchgestrichen, nachdem die Ingenieure Zweifel an der Zuverlässigkeit des aus solchen Materialien hergestellten Roboters geäußert hatten. Das zweite Schema wechselte zu Aluminiumprofilen mit Befestigungslöchern, aber die Geometrie der Beine reichte nicht aus, um Hindernisse zu überwinden. Das dritte, letzte Schema senkte die Karosserie und optimierte die Geometrie der Beine, wodurch das Geländewagen aggressivere Hindernisse überwinden kann. Alle drei Iterationen dauerten ungefähr 6 Wochen.

Im Vergleich zu anderen schulorientierten Roboterprojekten sieht dieses ziemlich entmutigend aus. Wie kann man es Studenten ohne Erfahrung in der Robotik präsentieren, um sie davon zu überzeugen, dass sie damit umgehen können?

Unser Projekt war schon immer für Schüler und höher gedacht, und wir haben uns daran erinnert, als wir sehr detaillierte Anweisungen erstellt haben. Dort wird jeder Montageschritt detailliert beschrieben und nicht nur, wie der Roboter zusammengebaut wird, sondern auch, warum genau eine solche technische Entscheidung getroffen wurde. Jede der für die Montage erforderlichen Fähigkeiten wird aufgelistet (Löten, grundlegende Montagefähigkeiten, Auffinden von Fehlern in der Elektronik), und wir haben Links zu Schulungsmaterialien im Internet gesammelt, die unserer Meinung nach für den Erwerb dieser Fähigkeiten hilfreich sein werden. Darüber hinaus haben wir unsere Dokumentation getestet, indem wir einen Roboter zusammen mit mehreren Schulteams zusammengestellt haben, die noch keine Erfahrung in der Robotik hatten. Alle Teams haben die Versammlung gemeistert. Dieses Geländewagen sollte viele kritische Aspekte der Robotik vermitteln: Maschinenbau, computergestütztes Design, Fertigung, Elektrotechnik, Programmentwicklung. Die Kombination mag beängstigend klingen, aber viele der bestehenden Projekte auf dem Gebiet der Robotik werden in all diesen Bereichen nicht gleichzeitig eine solche Erfahrung bieten.



Was werden die Leute nach dem Bau mit Geländefahrzeugen machen? Welche interessanten Upgrades können Sie für ihn entwickeln?

Wir hoffen, dass die Leute die Fähigkeiten des Roboters erweitern und an die Community weitergeben! Wir würden uns mit Interesse die Verbesserungen ansehen, die die Kosten des Roboters senken, aber die gleiche Federung und die gleichen Antriebsfähigkeiten beibehalten. Darüber hinaus hoffen wir, die Möglichkeiten durch die Installation von Kameras, Beschleunigungsmessern, Sensoren und wissenschaftlichen Instrumenten, Roboterarmen, Sonnenkollektoren, neuen Steuerungsmethoden und allem anderen, was Sie sich vorstellen können, zu erweitern!

Was empfehlen Sie Schulkindern, die nach dem Zusammenbau eines solchen Roboters beispielsweise in JPL arbeiten möchten?

Das Beste, was Sie tun können, ist, dies weiterhin zu tun, zu üben und gute Dinge zu schaffen! Wir sehen sehr gerne zu, wie immer mehr Teams auf der ganzen Welt auftauchen, die sich für Robotik interessieren, und es ist großartig, dass die Schwelle für den Eintritt in diesen Bereich so stark gesunken ist. JPL hat viele Übungsprogramme, besonders im Sommer. Wir sind ständig auf der Suche nach einer neuen Generation von Forschern und Bauherren.