Tài liệu Cấu tạo Robot tự hành khám phá Sao Hỏa pdf

Cấu tạo Robot tự hành khám phá Sao Hỏa
1. Thân xe
Phần thân robot có nhiệm vụ bảo vệ và điều hòa nhiệt độ cho các thiết bị
quan trọng của robot: máy tính, nguồn điện và pin (tương ứng với khối óc và
qu
ả tim của con người). Phía trên của thân robot là một tấm hình tam giác,
có tác d
ụng như phần mui của một chiếc xe. Tấm tam giác dùng làm đế để
triển khai các thiết bị như: camera, ăngten, ...
2. Máy tính
Được đặt trong thân robot, giao tiếp và điều khiển các thành phần khác của
robot bằng các đường bus theo chuẩn VME (Versa Module Europa). Mỗi
máy tính có 128 MB DRAM với khả năng phát hiện và sửa lỗi, 3 MB
EEPROM (dung lượng bộ nhớ trong của hai robot tự h
ành Spirit và
Opportunity
lớn hơn của robot tự hành Sojourner phóng lên Sao Hỏa năm
1996 một nghìn lần). Các bộ nhớ này còn có khả năng chịu đựng môi trường
bức xạ cao và không bị xóa đi khi mất nguồn điện.
Trong mỗi robot tự hành còn có "khối Đo Quán Tính" (Inertial Measurement
Unit, IMU) có tác dụng cung cấp thông tin theo 3 chiều không gian về vị trí
của robot tự hành, giúp robot tự hành ổn định trong các chuyển động. IMU
còn có tác dụng đánh giá độ nghiêng của bề mặt Sao Hỏa.
Máy tính trong các robot tự hành chạy một chương trình với vòng lặp vô
hạn, thực hiện các công việc như: kiểm tra nhiệt độ, xử lý các bất thường,
ghi lại các thông số để quản lý nguồn năng lượng, lập lịch và chuẩn bị cho
các phiên truyền thông, ...
Các hoạt động như : chụp ảnh, di chuyển và vận hành các thiết bị thí nghiệm
được điều khiển bằng lệnh truyền đi từ Trái Đất. Các robot tự h
ành cũng duy
trì và thực hiện việc tạo và lưu trữ các báo cáo theo định kỳ, sẵn sàng truyền

về Trái Đất khi có lệnh yêu cầu.
3. Hệ thống điều hòa nhiệt độ
Sao Hỏa nằm xa Mặt Trời hơn Trái Đất, đồng thời bầu khí quyển của Sao
Hỏa cũng mỏng hơn Trái Đất rất nhiều. Do đó, Sao Hỏa không có khả năng
giữ lại nhiều nhiệt lượng nhận được từ Mặt Trời. Tại khu vực hai robot tự
hành hoạt động, nhiệt độ ban ngày vào khoảng 22 độ C, ban đêm vào
kho
ảng -99 độ C (trong một ngày, sự chênh lệch lên đến hơn 100 độ). Cũng
giống như cơ thể con người, hai robot tự hành không thể hoạt động bình
thường nếu nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp. Các bộ phận quan trọng của
robot được duy tr
ì nhiệt độ trong khoảng từ -40 độ C đến + 40 độ C. Quá
trình trao đổi nhiệt lượng với môi trường bên ngoài của các robot tự hành
được hạn chế bằng cách sử dụng lớp vỏ bọc bằng vật liệu cách ly (aerogel)
và sử dụng lớp sơn cách nhiệt. Ngoài ra bên trong mỗi robot còn có hệ thống
sưởi c
ùng với hệ thống theo dõi và điều hòa nhiệt độ.
4. Đầu v
à cổ
Bộ phận nhìn giống như "đầu và cổ" của 2 robot tự hành có 2 nhiệm vụ
chính sau:
1. Là nơi thu thập các dữ liệu đầu vào cho thiết bị khảo sát khoáng chất
Mini-TES (Miniature Thermal Emission Spectrometer). Thiết bị này được
đặt trong phần thân robot, có chức năng khảo sát th
ành phần đất đá trên Sao
H
ỏa dựa trên bức xạ nhiệt của chúng.
2. Là giá đỡ v
à khung dịch chuyển cho các camera, nó sẽ cung cấp các hình
ảnh từ độ cao khoảng 1.4 mét. Có 4 camera được gắn trên đầu của các robot

tự hành. 4 camera này chia thành 2 loại chính: 2 camera dẫn đường
(navigation camera, NavCam) và 2 camera toàn cảnh (panoramic camera,
PanCam)
Có tất cả 3 mô tơ điều khiển hoạt động của bộ phận này. Một mô tơ có tác
dụng quay toàn bộ "đầu và cổ" 360 độ theo chiều ngang. Mô tơ thứ hai dùng
để điều khiển các camera theo chiều dọc, có thể quay lên trên hoặc xuống
dưới mỗi chiều 90 độ. Mô tơ thứ 3 dùng để điều khiển đầu thu của Mini
-Test
theo chi
ều dọc, có thể quay lên trên tối đa 30 độ, quay xuống dưới tối đa 50
độ.
5. “Mắt”
Mỗi robot tự hành có 9 “con mắt”, bao gồm 6 camera dùng cho việc dẫn
đường và 3 camera để tiến h
ành các nghiên cứu khoa học.
4 camera tránh chướng ngại (hazard avoidance camera). Các camera n
ày
được đặt thấp phía trước và phía sau robot tự hành. Đây là các camera đen
trắng, có trường nhìn khoảng 120 độ, hoạt động tại bước sóng khả kiến cho
phép xây dựng các hình ảnh 3 chiều giúp cho xe tự hành xác định được địa
hình trên hướng di chuyển. Các camera này được gắn cố định vào thành
robot và không thể tự điều chỉnh hướng quan sát. Phần mềm xử lý trên robot
t
ự hành có khả năng tự động phân tích các kết quả quan sát của camera vượt
chướng ngại để đưa ra phương án di chuyển an to
àn.
2 camera d
ẫn đường (navigation camera). Các camera này được gắn ở trên
“đầu” của robot tự hành. Đây cũng là các camera đen trắng, có trường nhìn
kho

ảng 45 độ, hoạt động tại bước sóng khả kiến. 2 camera này cho phép xây
d
ựng các hình ảnh 3 chiều từ độ cao khoảng 1.4 mét. Chúng hoạt động kết
hợp với 4 camera tránh chướng ngại để có thể xác định một cách tốt nhất
vùng không gian xung quanh robot.
2 camera toàn cảnh, dùng cho các nghiên cứu khoa học
Đây là các camera màu, được triển khai trên “đầu” của robot tự hành (được
gắn ngay bên cạnh 2 camera dẫn đường). 2 camera này cho phép có được cái
nhìn 3 chiều, toàn cảnh về bề mặt Sao Hoả. Độ phân giải của 2 camera này
b
ằng với độ phân giải của mắt người. Điều này cộng với độ cao phù hợp cho
phép các nhà khoa học có được cái nhìn đối với cảnh vật trên Sao Hoả tương
tự như khi một nhà thám hiểm đặt chân lên bề mặt hành tinh này.
2 camera toàn c
ảnh được trang bị các bộ lọc để có thể chụp ảnh ở nhiều
bước sóng khác nhau. Sử dụng bộ lọc thích hợp, 2 camera n
ày còn có thể
cho phép định vị chính xác vị trí của Mặt Trời. Hướng Mặt
Trời cộng với
thông tin về thời gian giúp cho robot có thể định vị chính xác phương hướng
của mình trên Sao Hoả.
1 camera hiển vi
Đây là một camera đơn sắc, gắn ở “cánh tay” của xe tự hành với mục đích
khảo sát cận cảnh đất và đá trên hành tinh đỏ. Camera này còn cho phép
phân tích s
ự ảnh hưởng của bụi và cát trên đường đi đối với sự di chuyển
của xe tự hành.
6. “Cánh tay”
“Cánh tay” của robot tự hành (còn gọi là “bộ phận triển khai dụng cụ”
(instrument deployment device, IDD) có nhiệm vụ cầm và di chuyển các

dụng cụ giúp các nhà khoa học nghiên cứu đất đá trên Sao Hoả. “Cánh tay”
của robot tự hành có thể hoạt động rất linh hoạt tương tự như cánh tay con
người với đầy đủ các khớp : vai, khuỷu v
à cổ tay. Tổng chiều dài cánh tay
vào kho
ảng 90 cm. Phần tương ứng với bàn tay của con người có dạng hình