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O módulo PPE testado pelo robô pórtico alimentará a estação espacial Gateway. Fonte: Bell-Everman
O Programa Artemis da NASA planeja enviar humanos de volta à Lua para estabelecer uma base terrestre lunar e uma estação espacial. Conhecida como Gateway, a estação espacial será alimentada pelo módulo Energy and Propulsion Aspect, ou PPE, que usa grandes conjuntos de células solares avançadas de múltiplas junções para gerar 60 quilowatts de energia.
Para garantir o sucesso do EPI, é basic testar o photo voltaic matrizes com simulação avançada que duplicate a luz photo voltaic e mede o desempenho de cada circuito. Projetado por Angstrom Designs Inc.as cabeças do simulador photo voltaic devem ser posicionadas em vários pontos ao longo do comprimento e largura dos painéis solares.
Esse processo que geralmente é realizado utilizando quadros de automação que consistem em movimento etapas. Como os painéis solares do EPI são muito grandes, as estruturas padrão construídas para tamanhos de painéis convencionais não conseguiam fornecer o movimento vertical e horizontal necessário.
Bell-Everman projetou, projetou e fabricou um sistema de movimento personalizado que permite que os cabeçotes do simulador photo voltaic da Angstrom Designs testem os painéis solares do EPI. E para garantir que as cabeças do simulador estejam totalmente calibradas, também construímos o robô pórtico de formação I que calibra e valida o desempenho do simulador em relação aos padrões de células solares.
Aqui está um mergulho profundo nos desafios mecânicos de atender aos requisitos especiais do sistema de movimento.
Bell-Everman encontra o design mais econômico
Um projeto inicial apresentava dois trilhos curvados – um no solo e outro com cerca de 30 pés de altura perto do topo dos painéis. Os trilhos suportariam os simuladores solares de LED – 3.500 libras. carregar – permitindo que eles testem um array implantado e, em seguida, contornem a curva e testem um array do outro lado de uma enorme estrutura de andaime.
Mas esta solução, que funcionaria como um pórtico de formação em I, exigia sistemas de rolamentos especializados. Isso aumentou a complexidade do projeto e rapidamente levou o projeto além do orçamento, dados os requisitos de altura e carga.
Como um projeto alternativo, Bell-Everman projetou um sistema de movimento que usa uma base móvel para movimentos X e Y, e um Z servo-controlado para elevar os simuladores solares até uma torre vertical de três andares. Este projeto de pórtico de robô móvel foi a opção mais econômica e reduziu drasticamente a complexidade do sistema.
A estrutura e o sistema de movimento devem permanecer na vertical
Devido à carga útil do simulador photo voltaic, toda a estrutura do pórtico do robô móvel teve que suportar muito peso e manter os conjuntos de LED do simulador paralelos ao painel photo voltaic. Isso exigiu uma quantidade significativa de análise de elementos finitos para garantir que o chassi auxiliar pudesse suportar as forças de içar a carga – e sobreviver a um evento sísmico sem tombar.
Além disso, o sistema de movimento totalmente construído é grande e deve ser capaz de girar ao redor da extremidade de uma estrutura de implantação em uma planta baixa muito estreita.
Originalmente construído para testar os painéis do EPI, a NASA pode continuar a usar o sistema de movimento para testar futuras tecnologias espaciais.
Forças pesadas de alças de elevação em balanço
As 240 cabeças do simulador photo voltaic estão aninhadas em uma matriz pantográfica de transformação em três segmentos giratórios balanceados, que transitam entre dois arranjos: um de 2 por 18 pés. grade e um 6 por 6 pés. grade. À medida que a matriz atua, ela transmite forças de alto momento na estrutura do sistema de movimento.
O conjunto de transformação pantográfica da estrutura do simulador photo voltaic PPE de três segmentos giratórios balanceados abriga cabeças pLEDss aninhadas nas ranhuras abertas. Fonte: Bell-Everman
Para acomodar essas forças, usamos trilhos de rolamento linear mais pesados que o regular e rolamentos de rolos cruzados com diâmetro de 8 pol. furo para passar comunicação Ethernet e 40 kW de energia elétrica por segmento.
A matriz e a estrutura de transformação representam 3.500 libras. carga em balanço na torre vertical, exigindo um contrapeso para equilibrar as cargas de momento na torre e fornecer algo próximo da flutuabilidade neutra.
O movimento bruto da carga útil combinada e do conjunto de LED é fornecido por um motor de 10.000 libras. guindaste de tambor. Para alcançar o movimento vertical, um único ServoBelt Linear Pesado é usado com Bosch Rexroth unidades e grandes cabos redundantes.
O design de contrapeso garante que o acionamento vertical veja apenas um desequilíbrio de peso de 50 a 300 lb. – espaço para respirar mais do que suficiente para o acionamento ServoBelt Heavy LoopTrack, que pode acomodar até 600 lb. de força linear.
Além disso, graças ao contrapeso, qualquer falha na unidade não resultaria na queda desta valiosa carga. Passar esses cabos através de redirecionamentos de polia permite que o contrapeso e a carga útil sejam elevados juntos até a altura média a partir de uma posição estacionada na parte inferior.
Este structure de cabo interessante e totalmente redundante permite flutuabilidade neutra complete em toda a faixa da talha de posicionamento aproximado.
Torre construída peça por peça
A torre vertical que suporta a carga do simulador photo voltaic atingirá três andares de altura quando totalmente construída. Por ser alta demais para caber no prédio onde foi construída, a torre foi construída em três peças.
Fizemos um conjunto de cabos de contrapeso mais curto para permitir que a seção inferior fosse usada para testes funcionais completos dentro do teto baixo do nosso compartimento de montagem.
À medida que o elevador sobe pela torre vertical concluída, quaisquer vibrações induzidas por imperfeições onde cada seção está conectada afetariam o desempenho do simulador e a qualidade do diagnóstico. Unimos cada seção da torre com um método especial de emenda multigeracional, semelhante aos nossos sistemas de pórtico de longo curso. Essas juntas de emenda universais permitem um movimento vertical suave nas emendas.
Automação do eixo Z para se locomover
A atuação do sistema de movimento é operada manualmente, exceto o deslocamento do eixo Z, que é totalmente automatizado. Devido ao alto valor de painéis solares espaciais como este, é muito melhor mover manualmente os eixos de movimento que têm alguma probability de danificar o conjunto.
Um rebocador elétrico puxa todo o sistema para grandes movimentos, inclusive quando o sistema é removido ou armazenado. Quando o sistema é aproximado do painel photo voltaic EPI, ajustes finos são feitos com braços de alavanca presos às rodas do sistema. Quando a posição correta é alcançada, os pés dos parafusos são abaixados até o chão.
Totalmente construída, a torre do simulador photo voltaic atinge três andares. Aqui, a matriz pantográfica morphing é mostrada em sua configuração de seis por seis pés. Fonte: Bell-Everman
Sistema elétrico projetado para evitar chamas
Como o simulador abriga 240 cabeçotes pLEDss de 500 watts, um grande desafio deste projeto foi gerenciar mais de 120 kW de potência.
Apresentando muitos disjuntores e ramais, o sistema elétrico é projetado para evitar superaquecimento e danos por incêndio caso ocorram curtos-circuitos em qualquer nível.
O sistema de calibração é separado
Para garantir que os simuladores solares LED programáveis (pLEDss) da Angstrom Designs funcionem com sucesso, eles devem ser calibrados de acordo com padrões de células solares chamados isotipos.
Também projetamos um sistema de calibração para o simulador photo voltaic de EPI testar, consistindo em um pórtico em formato I que abriga os isotipos de células solares.
Conhecido como “Calibot”, este robô de pórtico I-frame é capaz de calibrar as cabeças pLEDss enquanto o sistema está em qualquer posição de transformação.
As cabeças pLEDss têm controle espectral completo para junções de correspondência de corrente para células de uma única junção até seis junções. Fonte: Angstrom Designs
Quando o Calibot é manobrado até o testador pLEDss, as caixas de controle são vinculadas e os mecanismos de acoplamento preservam a distância very best de isolamento durante a calibração. Tanto o sistema simulador de EPI quanto o Calibot serão armazenados na NASA nas mesmas instalações.
A matriz de transformação pantográfica consiste em três submatrizes menores, cada uma contendo 80 cabeças pLEDss. Cada submatriz possui seus próprios blocos de terminais e cabos.
A fonte de alimentação CC de cada cabeçote é fornecida em 220 VCA para permitir o uso de fios de alimentação menores de calibre 18. Devido à quantidade de chicotes, é importante reduzir o peso e o espaço para os quase 400 cabos que vão até as caixas de disjuntores.
Com base no projeto inicial do pórtico em formato I – que precisava fazer uma inversão de marcha em torno do andaime de suporte contendo dois painéis solares, uma trilha de cabos montada no chão e um sistema de guia – o custo complete apenas para o fornecimento de energia foi estimado em aproximadamente $ 200.000.
Graças ao projeto do pórtico do robô móvel com corda de extensão simples, essa despesa foi reduzida para US$ 6.000 e apenas 150 pés de cabo.
Todo o projeto poderia ter sido realizado com um grande pórtico em formato I baseado em trilhos. Mas a Bell-Everman simplificou o projeto com robôs de pórtico móveis, reduzindo significativamente a complexidade e os custos do sistema.
Os robôs lineares I-Kind com atuadores lineares ServoBelt são excelentes no controle de movimento ponto a ponto. Fonte: Bell-Everman