Ir a inicio
Ir a especiales

Phoenix Robot Arm

25 de Junio de 2008

El brazo robótico es un desarrollo del JPL. Este brazo robótico se emplea para manipular el entorno alrededor del robot Phoenix gracias a una pala o cazo.

Consta de 4 grados de libertad: movimiento rotacional y vertical en la base (el hombro) y movimiento rotacional en codo y muñeca (pala del brazo).

¿Es necesario un brazo robótico con un cazo?

Los robots Spirit y Opportunity están equipados con brazos robóticos que en su extremo presentan herramientas de abrasión, una especie de perforadores de bajo rendimiento que permiten analizar las capas interiores de rocas marcianas y así evaluar la posible erosión causada por el agua en dichas capas interiores.



Herramienta de abrasión del Spirit y Opportunity, nada que ver con el brazo del Phoenix.


En el Phoenix se emplea un brazo robótico con un cazo o pala, es decir la idea no es perforar (que también puede hacerlo como veremos al final del artículo) sino más bien recoger muestras del suelo. Esas muestras se sitúan a continuación sobre los instrumentos del robot para su análisis.

El objetivo fundamental de la misión es evaluar la presencia actual de agua en forma de hielo en Marte y cual es la composición de esa agua. Los científicos de la NASA consideraban que el agua congelada debía estar a pocos centímetros de profundidad de la zona de amartizaje (por lo que vemos en las fotos parece ser que acertaron).

Al descender el Phoenix sobre el polo norte de Marte los retrocohetes de descenso retiraron una gran cantidad de tierra de la zona de amartizaje y por lo visto en fotos enviadas por la cámara del brazo robótico hay indicios para pensar que el robot está situado sobre importantes placas de hielo semienterradas.

Con ese cazo se pretende coger muestras de hielo y otras sustancias, pero ¿Cómo se puede coger una placa de hielo enorme con una pala de juguete?,… la respuesta al final del artículo.

Una historia poco exitosa:

El brazo robótico del Phoenix es el resultado de la evolución de diferentes brazos robóticos desarrollados desde finales de los 90. El brazo del Polar Lander fue el primer modelo conocido públicamente, pero nunca se pudo probar debido a que la Polar Lander se estrelló (aparentemente por un problema de software).



Brazo del Polar Lander (la nave se estrello al descender)

Mientras la Polar Lander viajaba hacia su fatal destino una empresa llamada Alliance Spacesystems, LLC trabajo en el nuevo modelo del brazo que finalmente no se pudo emplear debido a la cancelación del Mars Surveyor Lander. En la NASA suelen pararse a recapacitar cuando pierden naves como el Polar Lander que costó 120 millones de dólares (sin contar costes de lanzamiento).


Brazo robot del Mars Surveyor Lander (antes de que se cancelara)


Alliance Spacesystems, LLC realizaría una nueva versión del brazo robótico para el Phoenix mas corto (2,35 metros frente a los 3,3 del brazo del Mars Surveyor Lander).


Foto del robotic arm del Phoenix en el laboratorio



Un brazo fundamental:

El brazo robótico es un elemento fundamental de la plataforma debido a que se emplea para capturar muestras del suelo y depositarlas en las diferentes herramientas de análisis situadas sobre la estructura del Phoenix. Si el brazo dejara de funcionar, muchos de los dispositivos de medición químicos y geofísicos no se podrían usar.


El brazo a la derecha, en el centro los instrumentos donde el brazo deja las muestras

El supervisor del brazo robótico es Robert G. Bonitz, un PhD de la Universidad de California que desde el año 2000 trabaja en el JPL en proyectos ‘marcianos’ tales como el Polar Lander (el que se estrelló) o el brazo robótico de los rovers Spirit y Opportunity (que funcionó más allá de las expectativas más optimistas).

El brazo en funcionamiento:

El brazo tiene una longitud de 2,35 metros y por la distribución de sus articulaciones podría llegar a excavar 50 centímetros en profundidad (aunque probablemente no llegue ni a una cuarta parte en la vida útil del robot). El primer contacto entre el brazo robótico y la superficie tuvo lugar el 31 de Mayo de 2008.


El brazo a punto de tocar suelo en una simulación 3D, los instrumentos en el centro.

En la siguiente foto podemos ver como el brazo robótico porta una muestra de material recogido de la superficie de Marte, esta muestra se depositará sobre uno de los dispositivos de experimentación.


El cazo del brazo robótico con muestras (foto real).

La siguiente foto la hizo la cámara que está situada en el propio brazo robótico (justo antes del cazo), permite ver perfectamente los dos surcos realizados inicialmente (uno de ellos para probar el cazo, el segundo para capturar muestras).


Dos surcos, el de la izquierda se hizo para probar el brazo.

En la siguiente foto vemos la muestra depositada por el brazo sobre el analizador térmico y de gases. La muestra cae sobre unos pequeños ventanales (se puede ver en vertical el superior y ligeramente inclinado el siguiente) que al abrirse dejan pasar las partículas mas pequeñas de la muestra hasta el analizador térmico a través de unos filtros. El equipo del JPL tuvo que dedicar varios días a conseguir que la muestra traspasara los filtros y a día de hoy no se ha hecho público si tuvieron o no éxito.


Las muestras dejadas por el brazo robótico sobre el analizador térmico y de gases.

Es interesante señalar que cada una de esos ventanales (de 10cm de largo y 1 de ancho) es un pequeño horno que una vez empleado no puede reciclarse, en total hay ocho de estos hornos (son balas contadas), en la parte izquierda de la foto podemos ver los restantes hornos cerrados listos para ser empleados con futuras muestras (que levanten la mano los que crean que el tercer ventanal se contaminará al abrirlo con la primera muestra).

Una vez dentro las muestras tomadas son calentadas con el horno de forma que al calentarse las muestras emiten gases que son analizados por diferentes sensores, desde ahí esa información se envía al centro de operaciones para responder a las preguntas de moda: ¿hubo agua en Marte? ¿hay agua ahora? ¿hay algún tipo de vida bacteriológica o rastros de su existencia pasada?, con esas respuestas podremos analizar la posibilidad de enviar una misión tripulada.

Detalles sobre mecánica:

Estructuralmente el brazo es una obra de arte, llama la atención su reducido peso, para la longitud que alcanza. Su peso total es 9,7 kilos y está fabricado en titanio y aluminio.

Un aspecto poco conocido del cazo es que en su versión final dispone de una herramienta de "raspado" o abrasión que permitirá romper bloques de hielo que se puedan encontrar en el subsuelo (es necesario romper el hielo para coger pequeñas muestras que llevar a los instrumentos). Esta herramienta de raspado puede perforar cemento sin mucho problema.

Además cuenta con dos hojas de corte para perforar fácilmente la tierra.

No podemos dejar pasar la sonda térmica y eléctrica (su tamaño no es proporcional en la imagen) que está concebida con la siguiente idea: la sonda se introduce en el suelo (a medida que el cazo excava) y evalúa el calor y movimiento de electrones presentes entre las diferentes puntas del dispositivo. Cada una de esas puntas es un sensor diferente que al combinar su información con los restantes sensores indicará ciertas propiedades del subsuelo marciano.


Una obra de arte, que en el futuro veremos mejorar enormemente


Prototipo del cazo con estructura plástica y metálica.


Detalle de motor, reductora y cableado que actúa de eje intermedio (el codo del brazo).


El brazo en posición plegada, se pueden ver a ambos extremos los motores de 3 de los grados de libertad.


Referencias:
www.jpl.nasa.gov/news/press_kits/mplds2hq.pdf
http://phoenix.lpl.arizona.edu/science_ra.php
http://mars.jpl.nasa.gov/
http://www.alliancespacesystems.com
http://www.nasa.gov