Изготовление рам роботов

TL;DR

  • Назначение: Силовые конструкции роботов
  • Материал: Гибридные Fe/Al (сталь + алюминий)
  • Технология: WAAM 3D-печать + абразивная шлифовка
  • Производительность: ~5 рам/день

Обзор

Рама робота — это силовой каркас, к которому крепятся все остальные компоненты: батареи, актуаторы, электроника. Рама должна быть прочной (Fe) и лёгкой (Al).

Материальный баланс рам

Тип робота Масса рамы Fe Al Прочее* Соотношение
Крот-М ~1250 кг 1040 кг 210 кг — 83% Fe / 17% Al
Краб-М ~800 кг 280 кг 360 кг 160 кг 35% Fe / 45% Al / 20%
Кентавр-М ~320 кг 70 кг 200 кг 50 кг 22% Fe / 62% Al / 16%

*Прочее: крепёж, каналы для проводки, стекловолоконные панели.

Принцип распределения: - Крот-М: Тяжёлая работа (копание) → больше стали - Краб-М: Средняя нагрузка (транспорт) → баланс Fe/Al - Кентавр-М: Точная работа (манипуляция) → больше алюминия (лёгкость)

Производство рам: WAAM 3D-печать

Процесс

Этап Описание
1. Разработка 3D-модели CAD модель рамы (индивидуальная для каждого типа)
2. WAAM печать Робот-манипулятор наплавляет проволоку слой за слоем
3. Шлифовка Абразивная обработка посадочных мест
4. Термообработка Снятие напряжений: отжиг 550-650°C, 1-2 ч/25 мм, в вакууме (естественном)
5. Контроль качества УЗК на трещины, измерение геометрии

Подробнее: [WAAM](../../reference/technology-readiness.qmd#waam-3d-печать) 3D-печать

WAAM-ячейка для рам

Параметр Значение
Тип 6-осевой робот-манипулятор
Проволока Fe Ø1.6-2.0 мм + Al Ø1.6 мм
Производительность 25-35 кг/час (многопроволочная система)
Защитная среда FCAW-S (самозащитный флюс)

Время печати рамы

Тип робота Масса рамы Время WAAM Время шлифовки ИТОГО
Крот-М 1250 кг 40 часов 8 часов ~48 часов
Краб-М 800 кг 25 часов 5 часов ~30 часов
Кентавр-М 320 кг 10 часов 2 часа ~12 часов

При 3 WAAM-ячейках: Можно печатать 3 рамы параллельно → ~5 рам/день (разных типов).

Шлифовка посадочных мест

После WAAM печати рама имеет шероховатую поверхность. Критические места обрабатываются абразивной шлифовкой.

Операция Инструмент Точность
Шлифовка посадочных мест Абразивный круг Al₂O₃ ±0.1 мм
Сверление отверстий Сверло (робот Кентавр-М) ±0.2 мм
Нарезка резьбы Метчик (робот Кентавр-М) M6-M20

Преимущества абразивной шлифовки: - Нет импортного высокооборотного шпинделя - Al₂O₃ (корунд) производится из реголита — неограничен - Тот же робот Кентавр-М, что и для WAAM

Количество посадочных мест на раму: - Крот-М: ~50 (актуаторы, батарея, электроника) - Краб-М: ~40 - Кентавр-М: ~30

Гибридная конструкция Fe/Al

Вопрос: Как объединить сталь и алюминий в одной раме?

Ответ: Два подхода:

Вариант А: Последовательная печать

  1. Печать стальной рамы (WAAM Fe)
  2. Печать алюминиевых накладок поверх стали (WAAM Al)
  3. Прочность обеспечивается механическим зацеплением слоёв

Проблема: Разные коэффициенты расширения (Fe vs Al) → трещины при термоциклах.

Вариант Б: Модульная конструкция (рекомендуется)

  1. Печать стального каркаса (силовые элементы)
  2. Печать алюминиевых панелей (корпус, радиаторы)
  3. Сборка болтами/заклёпками

Преимущества: - Нет проблем с расширением - Лёгкая замена повреждённых панелей - Чёткое разделение функций (сталь — прочность, алюминий — лёгкость)

Материальный баланс

На 5 рам/день (средний микс):

Материал Масса на 5 рам Источник
Железо (Fe) ~2.5 т Переработка реголита
Алюминий (Al) ~1.2 т Переработка реголита

Потребление из дневного производства: - Fe: 2.5 т из 11 т/день = 23% - Al: 1.2 т из 42 т/день = 3%

Контроль качества

Параметр Метод Норма Действие
Пористость In-process мониторинг WAAM <2% Коррекция параметров
Геометрия Измерительный щуп (touch probe) ±1 мм Доработка шлифовкой
Трещины Визуальный (камеры Кентавра-М) Нет видимых дефектов Отбраковка
Прочность Нагрузочный тест (выборочно) По спецификации —

Энергопотребление

Компонент Мощность
WAAM-ячейки (3 шт) 30 кВт
Шлифовальные ячейки (2 шт) 10 кВт
Термообработка 20 кВт
ИТОГО ~60 кВт

Обслуживание оборудования

Операция Периодичность Исполнитель
Замена горелки WAAM 1 месяц Кентавр-М
Замена абразивных кругов 1 неделя Кентавр-М
Калибровка робота-манипулятора 1 месяц Автоматика
Очистка поворотного стола Ежедневно Краб-М

Электропроводка: MI-кабель

Внутренняя проводка роботов и силовые кабели 10 кВ (Крот-М, Кентавр-М) используют MI-кабель (Mineral Insulated) — MgO-изоляция в металлической оболочке.

Параметр Значение
Изоляция MgO (оксид магния)
Оболочка Нержавеющая сталь или Al
Температурный диапазон −200°C … +1000°C
Все материалы Местные (Mg, O, Fe/Al)

Преимущества на Меркурии: MgO гигроскопичен — на Земле это проблема (влага снижает сопротивление изоляции). В вакууме Меркурия — преимущество: нет влаги, сопротивление изоляции максимально.

Стенд сборки MI-кабеля: 15 м², 500 кг. Производительность до 1500 м/день. Входит в зону «Формовка» купола Ф-Р.

См. также