探測地球附近行星體表面的熔巖洞穴對于科學(xué)研究和太空探索具有重要意義。這些洞穴提供抵御輻射和小隕石的天然屏蔽，使其非常適合保存外生物特征和保護(hù)人造設(shè)施。使用機(jī)器人團(tuán)隊是探索外星熔巖洞穴的最安全、最具成本效益的方式。盡管該方法已在地球上的類似場景中得到證明，但其對空間條件的適應(yīng)需要進(jìn)一步研究。
這里定義了一個熔巖洞穴勘探任務(wù)概念，包括四個任務(wù)階段，由配備所需硬件和軟件的三個機(jī)器人組成的異構(gòu)團(tuán)隊執(zhí)行。這一任務(wù)概念在相關(guān)場景中得到了驗證，即蘭薩羅特島（西班牙）的一個熔巖洞穴，機(jī)器人團(tuán)隊能夠構(gòu)建周圍區(qū)域和入口的三維模型，通過垂降引入偵察車并探索洞穴的內(nèi)部。獲得的結(jié)果證明了擬議的任務(wù)概念的可行性，包括三輛下一代行星探測漫游車，它們經(jīng)過協(xié)調(diào)以獲得有關(guān)熔巖洞穴外部和內(nèi)部形態(tài)的有意義的信息。
異構(gòu)機(jī)器人團(tuán)隊由三個機(jī)器人組成：SherpaTT 、Coyote III 和月球移動儀器 （LUVMI-X） 。SherpaTT 進(jìn)行了地表勘探并支持系留作。Coyote III 提供了地下探索能力，并能夠從天窗垂降到熔巖管中。最后，LUVMI-X 探索了地表，并配備了有效載荷發(fā)射器來分析天窗。
圖 1B 顯示了機(jī)器人的各種功能。首先，SherpaTT 是一款混合輪腿漫游車，具有可變占地面積和全阿克曼轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，裝備齊全后重 ~210 公斤。火星車擴(kuò)展了一個外部航空電子設(shè)備盒，用于使用具有代表性的太空電子元件提供自主導(dǎo)航和測繪能力。SherpaTT 具有具有六個自由度 （DoF） 的機(jī)器人機(jī)械手。在地球重力下，25 公斤的最大有效載荷受到球形腕關(guān)節(jié)的限制。其機(jī)械特性使其適合攜帶和部署所需的有效載荷，以及在繩降作期間充當(dāng)移動錨。
參與此次任務(wù)的第二輛火星車是土狼 III 。它是一款小型火星車，重量輕（~20 公斤）且機(jī)動性高，適合速降和探索狹窄的熔巖管。它具有四個輪子的滑移轉(zhuǎn)向運動和后輪軸的被動關(guān)節(jié)，這提高了系統(tǒng)在地形不規(guī)則處的穩(wěn)定性。Coyote III 還配備了探地雷達(dá) （GPR），能夠探索地下尋找熔巖管。為了執(zhí)行速降，設(shè)計了系繩管理和對接系統(tǒng) （TMDS），其中包括連接 SherpaTT 和 Coyote III 的系繩。系繩在 TMDS 內(nèi)部的驅(qū)動線軸上滾動，以控制纏繞（和放卷）速度。除了用作將 Coyote III 從天窗上垂降的繩索外，系繩還將電力和數(shù)據(jù)從 SherpaTT 傳輸?shù)?TMDS 以指揮其執(zhí)行器。此外，該鏈接可用于為熔巖管內(nèi)的土狼 III 提供能量，并在漫游車之間進(jìn)行通信。
最后，LUVMI-X 是一種輕質(zhì)且具有成本效益的漫游車，旨在研究月球揮發(fā)物的資源潛力。它可以與 SherpaTT 合作進(jìn)行自主導(dǎo)航和測繪，以探索天窗周圍的區(qū)域。LUVMI-X 設(shè)計使火星車能夠根據(jù)任務(wù)的科學(xué)性質(zhì)攜帶一組可配置的有效載荷。在這次任務(wù)中，LUVMI-X 配備了一個傳感有效載荷立方體和一個發(fā)射器，用于將有效載荷彈射到天窗中。
文章來源：CAAI認(rèn)知系統(tǒng)與信息處理專委會