树莓派打造零重力实验室悬浮平台！

摘要：零重力环境十分奇特。我们大多数人很难真正想象出在太空任务中所经历的那种失重环境，而且航天器内部加压大气环境与真空环境之间也存在差异。哪怕是最微小的变量都可能对事物产生影响。为了更好地理解各种效应，必须研制出专门的设备。

通过打造地面机器人助力太空探索。在最新一期的《树莓派官方杂志》中，Rob Zwetsloot深入探究了这一前沿领域。

零重力环境十分奇特。我们大多数人很难真正想象出在太空任务中所经历的那种失重环境，而且航天器内部加压大气环境与真空环境之间也存在差异。哪怕是最微小的变量都可能对事物产生影响。为了更好地理解各种效应，必须研制出专门的设备。

整体构造的平台宛如一套奇特的K'Nex积木

SpaceR 团队的Barış Can Yalçin告诉我们:“零重力实验室是专门设计来模拟航天器交会、对接、捕获和航天器之间的其他交互等场景的。“它配备了先进的基础设施，包括类似太空的照明条件，动作捕捉系统，环氧树脂地板，安装的机器人轨道，以及集成机载计算机和大型实体模型的能力。这些功能使研究人员能够为独特的轨道场景进行广泛的实验，允许与集成硬件和预建模软件组件的机器人进行混合仿真。该设施可以实时操作，并可以准确地模拟轨道机器人场景。”

SpaceR官网：https://www.spacer.lu/

填补需求空白

太空产业规模依然庞大，建造此类实验室是为了确保太空任务的安全与可靠。

Barış表示：“轨道服务、组装与制造（OSAM）、主动太空碎片清除（ADR）以及小行星采矿（AM）在科研和商业领域正变得愈发重要。地球轨道上充斥着老旧的太空资产，而未来几年计划中的太空任务数量预计将急剧增加。此外，未来十年还计划在地球轨道上建立多个空间站和大型结构，这些设施将部分在太空中组装和/或制造。这些活动需要更高程度的自主性和紧密交互。为确保在轨操作的安全、可靠，在发射任务前，必须在地面验证和确认制导、导航与控制（GNC）算法。因此，开发有效的实验装置来测试这些算法的需求日益增长。正因如此，在学术界和工业界，许多机构都已开发并频繁使用悬浮平台来模拟轨道机器人场景。”

树莓派助力平台控制与机器人通信

在此场景中，树莓派能发挥什么作用呢？它体积小巧、成本低廉，且拥有庞大的支持群体和良好的兼容性，再加上树莓派可与ROS（机器人操作系统）配合使用，使其能够在此类项目中承担众多功能。图像处理、数据分析、控制算法、无线连接等功能，使树莓派成为此类系统原型开发和嵌入式应用的理想之选。

ROS：https://www.ros.org/

简易搭建

简单来说，该系统的工作原理类似于气垫曲棍球桌。悬浮平台配备“气垫轴承”，使其像气垫船一样略微悬浮于地面之上，并且平台配备了一系列喷嘴，可实现三自由度（DoF）运动——能够沿X轴和Y轴移动，并绕Z轴旋转。要实现这一功能，平台必须足够轻便。

实验中机器人协同工作的可视化展示

Barış解释道：“悬浮平台采用轻质碳纤维材料进行增材制造，这有助于延长实验持续时间，从而能够在零重力实验室中模拟复杂场景。悬浮平台越轻，消耗的压缩空气就越少。此外，悬浮平台采用模块化设计，中间和上层的板件易于拆卸，还可用于携带各种仿真场景所需的设备。其类似绳索的拓扑结构为安装多个组件提供了充足空间。3D打印的支撑件可轻松集成到绳索结构中，从而能够组装额外的设备，如碎片清除系统、碎片模型、加油或对接模型、传感器等。每块板的直径为60厘米，板间距离可调，这为容纳不同类型的设备提供了灵活性，使平台在各种应用中具有高度的通用性。”

成功启用

好消息是，悬浮平台按预期运行良好。