Robot marsjański Skarabeusz został skonstruowany przez studentów Studenckiego Koła Astronautycznego SKA działającego przy Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej oraz członków Mars Society Polska. W prace nad prototypem robota włącz się także Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów (PIAP).

Skarabeusz to robot zdalnie sterowany o wadze około 50 kg. Został wyposażony w kamerę i chwytak zamontowany na długim ramieniu. Jego konstrukcja jest w pełni nowatorska i zaprojektowana z myślą o warunkach, jakim musi sprostać.

W 2009 roku Skarabeusz jako jedyny robot z Europy wziął udział w międzynarodowych zawodach robotów "University Rover Challenge", który odbył się między 28 a 30 maja na pustyni w stanie Utah w USA. Okazało się, że z powodzeniem może konkurować z robotami z całego świata zajmując wysokie 6 miejsce.

Wzorowane na łazikach marsjańskich roboty, które wzięły udział w konkursie, musiały wykonać cztery zadania. Zadanie nawigacyjne polegało na znalezieniu rannego astronauty i dostarczeniu mu apteczki; inżynieryjne - na naprawie zepsutego urządzenia i dokręceniu jego śrub. W zadaniu trzecim - geodezyjnym - Skarabeusz musiał określić położenie kilku punktów w terenie, a w ramach zadania naukowego poszukać sinic - bakterii, które żyją wyłącznie w warunkach ekstremalnych.

Do momentu wysłania Skarabeusza do Stanów Zjednoczonych, jego budowa trwała 1,5 roku kosztowała 70 tys. złotych.

Na polskim łaziku są zamontowane kamery, którą pozwalają na jego zdalne sterowanie. Pojazd wyposażony jest w chwytak pozwalający złapać przedmioty o wielkości do 2 centymetrów. Każde z sześciu kół robota ma niezależne zawieszenie - w przypadku awarii jednego - łazik będzie mógł dalej pracować. Robot jest też w stanie przewieźć 100 kilogramowy ładunek. - Może na nim np. jechać jeden astronauta - wyjaśnia Łukasz Wilczyński ze stowarzyszenia Mars Society Polska.

Struktura robota:

System sterowania napędem i manipulatorem

Sterowanie Skarabeuszem odbywa się za pomocą sterowników silników napędowych. Przy projektowaniu brana była pod uwagę wymagana niezawodność, wytrzymałość silnika na prąd stały, łatwość wymiany elementów, zmiana prędkości obrotowej silnika, zmiana kierunku obrotów silnika (PWM) oraz jak najniższy pobór prądu.

System wizyjny

Na łaziku zainstalowane zostaną kamery, z których obraz przekazywany będzie drogą radiową do stacji sterowania i kontroli. Umożliwi to sprawne manewrowanie i wykonywanie zadań konkursowych.

Zastosowany zostanie przełącznik kamer, co pozwoli na odbieranie obrazu z wielu kamer (nie jednocześnie) przy wykorzystaniu mniejszej liczby urządzeń do realizacji przekazu drogą radiową.

Dzięki użyciu dwóch sprzężonych kamer obserwacyjnych możliwe będzie uzyskanie trójwymiarowego obrazu bezpośredniego otoczenia łazika, co może znacznie ułatwić sterowanie.

Komunikacja radiowa

Komunikacja z łazikiem będzie prowadzona równoczenie na dwa sposoby. Pierwszy z nich to transmisja instrukcji sterujących robotem przesyłanych do niego ze stacji sterowania i kontroli oraz informacji o połozeniu i stanie robota oraz innych danych z łazika do stacji. Drugi to jednokierunkowy przekaz obrazu z kamer zainstalowanych w łaziku.

Lokalizacja łazika w oparciu o system GPS

Skarabeusz będzie wyposażony w moduł lokalizacji wykorzystujący system GPS, co umożliwi określanie jego położenia i przemieszczanie się pomiędzy określonymi lokalizacjami.

Manipulator

Manipulator posiada 6 stopni swobody. Napędzany jest sześcioma silnikami: 3 stopnie są napędzane za pomocą napędu śrubowego, 2 za pomocą przekładni ślimakowej i jeden przez przekładnię zębatą. Do napędu użyto silników krokowych. Ich zaletą jest brak konieczności stosowania dużych przełożeń i osiąganie przez nie małych prędkości obrotowych. Mało atrakcyjny wydaje się niestety stosunek osiągnięcia małych sił w porównaniu do masy całego silnika, lecz mając na uwadze fakt, że w projektowanej strukturze czynnikiem bardziej istotnym było sterowanie, wybór tego rodzaju silnika wydawał się uzaadniony.

Do napędu wysięgnika zastosowano 3 silniki, do napędu końcówki (chwytaka) kolejne 3. Końcówka może wykonywać ruch obrotowy (w celu dokręcenia śrub), zmianę rozstawu szczęk (w celu ujęcia śrub o różnym rozmiarze łba).

Chwytak

Silnik za pomocą przekładni śrubowej przekazuje moment obrotowy na nakrętkę, która jest osadzona na łączniku 1. Przemieszczenie łącznika 1. powoduje ruch łącznika 2. wywołując przesunięcie się tulei wraz z łożyskiem. Przesunięcie tulei powoduje zmianę rozstawu szczęk za pomocą łącznika 3. (widoczne na zdjęciach).

Konstrukcja chwytaka umożliwia uchwycenie przedmiotów o rozmiarze do 20 mm.

Podwozie

Każde koło zawieszono jest osobno, ponieważ w razie uszkodzenia mechanicznego jednego z zespołów zawieszenia, nie wpływa to ujemnie na pracę pozostałych.

Podwozie składa się z amortyzowanego zawieszenia i sześciu kół o dużej (>10 cm) średnicy i stosunkowo głębokim bieżniku, dla umożliwienia skutecznego poruszania się po twardej i/lub kamienistej nawierzchni o małym i średnim nachyleniu.

Napęd przekazywany jest na sześć kół ze wspólnym sterowaniem trzech kół po każdej stronie łazika, z regulowaną prędkością jazdy i nadawaniem kierunku przez różnicę prędkości pomiędzy stronami.

Obudowa robota

Korpus łazika o szerokiej podstawie, w konwencji poziomej (płaskiej) w celu zapewnienia dobrej stabilności i właściwości jezdnych.

Obudowa korpusu i zewnętrznych elementów elektroniki pokryta zostanie materiałem odbijającym promienie słoneczne, w celu minimalizacji nagrzewania się podzespołów.

Oficjalna strona robota Skarabeusz

Mars Society Polska

Państwowy Instytut Automatyki i Pomiarów (PIAP)