Il braccio robotizzato CAESAR è stato sviluppato da DLR e viene utilizzato all’esterno della ISS per svolgere attività di servizio per esperimenti scientifici e tecnici.

Cuscinetti a sezione sottile in viaggio 400 km sopra la Terra

Kaydon ha fornito i suoi cuscinetti obliqui a sfere a sezione sottile per il robot che opererà all’esterno della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). I cuscinetti serie Reali-Slim, qui impiegati, assicurano la fluidità di movimento nei giunti del robot con precisione, affidabilità e un design compatto, rivelandosi i componenti ideali per le applicazioni più esigenti dell’industria spaziale.

di Nicole Dahlen

Ogni articolazione su CAESAR pesa circa tre chili e ha una coppia di uscita di 80 Nm a un massimo di 10 gradi al secondo.
Ogni articolazione su CAESAR pesa circa tre chili e ha una coppia di uscita di 80 Nm a un massimo di 10 gradi al secondo.

Kaydon ha fornito i suoi cuscinetti a sezione sottile per un robot all’esterno della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) a circa 400 chilometri dalla Terra. CAESAR (Compliant Assistance and Exploration SpAce Robot) è dotato di un braccio lungo tre metri e di sette giunti. Il suo compito è quello di occuparsi del funzionamento degli esperimenti scientifici e commerciali in assenza di gravità. Il robot, che pesa 60 chilogrammi, verrà trasportato sull’ISS, a 400 chilometri dalla superficie terrestre, dove verrà installato. Il braccio robotizzato pieghevole ed estremamente mobile si occuperà dei satelliti rotanti o fuori controllo, afferrandoli e stabilizzandoli.
Il Centro aerospaziale tedesco (DLR), sviluppatore di CAESAR, vanta un’eccellente esperienza con i robot nello spazio. Con il progetto ROKVISS (Robotic Components Verification on the ISS), un robot DLR è già stato in funzione sulla ISS dal 2005 al 2010.
I cuscinetti obliqui a sfere a sezione sottile di Kaydon hanno garantito con successo movimenti fluidi nei giunti del robot, grazie all’elevata capacità di carico, all’affidabilità e all’esperienza nelle operazioni spaziali.

CAESAR può estendersi fino a una lunghezza di tre metri. Piegato, si inserisce facilmente in un satellite di manutenzione.
CAESAR può estendersi fino a una lunghezza di tre metri. Piegato, si inserisce facilmente in un satellite di manutenzione.

Sfruttare le esperienze acquisite con il progetto già realizzato

Per CAESAR i ricercatori hanno potuto attingere alle numerose esperienze fatte con ROKVISS, alcune delle quali controllate dalla Terra. Per esempio, è stata testata la precisione con cui il braccio del robot può essere controllato all’ISS utilizzando un joystick con il cosiddetto force feedback. L’operatore a terra “sente” la forza con cui il robot preme contro il suo obiettivo nello spazio. Il prototipo del braccio del robot spaziale è stato riportato sulla Terra nel 2011 con una capsula Soyuz ed è stato utilizzato dagli scienziati, con i suoi dati sullo stato di usura, come base per la costruzione del nuovo modello.

Per lo sviluppo del braccio robotizzato, DLR ha potuto attingere alle sue esperienze quinquennali fatte con ROKVISS, il suo predecessore nello spazio.
Per lo sviluppo del braccio robotizzato, DLR ha potuto attingere alle sue esperienze quinquennali fatte con ROKVISS, il suo predecessore nello spazio.

CAESAR è la continuazione dei sistemi robotizzati a forza e a coppia controllata di DLR e la controparte spaziale degli attuali robot di servizio utilizzati nella produzione e per la cooperazione uomo-robot. La nuova generazione di robot combina elettronica e meccanica in modo innovativo. Il robot ha sette gradi di libertà: questa varietà di movimenti liberamente selezionabili corrisponde a quello del braccio umano, e conferisce una maggiore flessibilità rispetto ai robot standard. La base del robot sviluppato per l’esplorazione e l’assistenza nello spazio è il robot leggero III, che è stato sviluppato dall’Istituto nel 2003 e trasferito al principale produttore mondiale di robot KUKA.

La chiave delle elevate prestazioni di CAESAR sono i suoi sette giunti intelligenti regolati in impedenza e posizione. Rodriguez ha fornito i cuscinetti ad anelli sottili di Kaydon.
La chiave delle elevate prestazioni di CAESAR sono i suoi sette giunti intelligenti regolati in impedenza e posizione. Rodriguez ha fornito i cuscinetti ad anelli sottili di Kaydon.

Controllo fluido del movimento e della forza

CAESAR può essere azionato in semi-autonomia, da remoto o con telepresenza e force feedback. Il controllo dell’impedenza permette alle articolazioni del braccio di rimanere flessibili e previene danni agli oggetti. Il sistema di sensori di coppia integrato rileva i contatto indesiderati con gli oggetti e consente di reagire in modo appropriato, caratteristica essenziale per la sicurezza, soprattutto quando si lavora con gli astronauti. Poiché non vi è alcun carico gravitazionale nell’ambiente spaziale, tutti i giunti hanno la stessa capacità. Il controllo del movimento e della forza è garantito da sensori di controllo nelle giunzioni e da un bus di comunicazione in tempo reale ad alta velocità che collega le giunzioni all’unità di controllo robot (RCU). Il design del connettore include un albero cavo per consentire il cablaggio interno.

Con le sue sette articolazioni, CAESAR è agile e mobile come un braccio umano.
Con le sue sette articolazioni, CAESAR è agile e mobile come un braccio umano.

I giunti sono costituiti ciascuno da un motore sincrono con sensore di commutazione, un ingranaggio armonico e cuscinetti a contatto obliquo, il sensore di coppia e un sensore di posizione comune. I cuscinetti obliqui a sfere a sezione sottile di Kaydon sono in grado di assorbire in modo particolarmente efficiente sia le forze radiali, che quelle assiali e di risparmiare spazio.
La serie Reali-Slim, qui utilizzata, è progettata per resistere alle condizioni operative più difficili. Questi cuscinetti offrono un design compatto, elevata precisione e sono ideali per applicazioni esigenti come quella in oggetto.

Un sensore di coppia strutturalmente integrato nei giunti fornisce valori di coppia privi di influenze di attrito nei cuscinetti o nel riduttore.
Un sensore di coppia strutturalmente integrato nei giunti fornisce valori di coppia privi di influenze di attrito nei cuscinetti o nel riduttore.

Ospite permanente in orbita

Poiché la maggior parte dei servizi sarà fornita in futuro per i satelliti geostazionari, la resistenza alle radiazioni e la durata di CAESAR sono calcolate a quindici anni di funzionamento in orbita geostazionaria.
L’intero robot è progettato per temperature comprese tra -20°C e +60°C. Si prevede di costruire questo sistema anche per altri programmi. A tal fine, deve essere possibile adattarlo a vari vettori, satelliti o veicoli spaziali. La produzione e la qualificazione del sistema deve essere efficiente e precisa per raggiungere il successo economico.

I cuscinetti a sezione sottile Kaydon forniti da Rodriguez avevano già dimostrato con successo la loro efficienza nel braccio robotizzato ROKVISS.
I cuscinetti a sezione sottile Kaydon forniti da Rodriguez avevano già dimostrato con successo la loro efficienza nel braccio robotizzato ROKVISS.

Nicole Dahlen è direttore vendite, marketing e organizzazione di Rodriguez, partner di Kaydon nel progetto.

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