基于构型组合的空间探测机器人移动机构设计

提出基于构型组合和构型创新的空间探测机器人移动机构设计方法。该方法将轮式空间探测机器人视为由轮系、悬架和车体三类子构型组合而成的多体系统。提出同构组合和异构组合两类设计模式,将空间探测机器人移动机构的创新设计归结为子构型获取和子构型组合,并对两类设计模式进行理论分析,建立计算模型。分析国内外经典空间探测机器人移动机构构型,设计两种轮系构型和两种悬架构型,通过构型提取和构型创新得到4种轮系构型、5种悬架构型和5种车体构型。以四轮、六轮和八轮空间探测机器人为研究对象,采用基于构型组合的设计方法,通过同构组合得到70种新型同构组合空间探测机器人移动机构,通过异构组合得到165种新型异构组合空间探测机器人移动机构。

基于构型的轮式空间探测机器人创新设计与优化

针对方案性能评价与优化,提出了基于构型的创新设计方法,建立了轮式空间探测机器人的综合评价与优化模型。基于虚拟样机软件ADMAS12·0和控制仿真软件MATLAB6·5开发了轮式空间探测机器人移动性能综合评价与优化软件,从构型创新、构型组装、方案优化三个层次对轮式空间探测机器人机械系统和控制系统进行综合评价与优化,得到多种优化方案及其优化参数。以双曲柄滑块轮式机器人为研究对象,得到了相对较优的设计参数,从而验证了所提出方法的有效性。

机器人化月表采样器的研制

首先介绍了月表采样的新特点与存在的困难;根据月表环境、月表样品的特点以及嫦娥三期工程中对月表采样的要求,合理地选择了采样方式,研制出了一台六自由度机器人化月表采样器,并且对采样器的采样原理,机械系统和运动原理做了详细的分析;最后在石灰粉上做了采样实验,验证了多功能的机器人化月表采样器的基本功能与可行性。

机器人化岩石研磨器的运动学分析

机器人化的采样工具是星球探测机器人的重要组成部分,可用以发现其他星球上是否存在水、生命和资源.要实现地质考察,必须先清除星球岩石表面的尘埃和风化层;机器人化岩石研磨器可用来代替地质学家的岩石锤,执行地质考察的任务.本文研制了一台三自由度的机器人化岩石研磨器的样机.研磨系统采用行星传动,具有双输入(旋转电机和绕转电机)和双输出(研磨轮和去屑刷).研磨轮上有两颗研磨牙用以磨削岩石,去屑刷用以清除研磨表面.机器人化岩石研磨器的第三个电机用来实现研磨系统的进给.对研磨系统的运动学进行了分析,为了得到连续、光滑的被研磨面,进一步对研磨轮的轨迹进行了分析和规划.最后,在石灰板上进行了研磨实验,验证了机器人化岩石研磨器系统的基本功能和可行性.

Robotics and mechatronics for planetary surface exploration

The paper briefly addresses DLR' s ( German Aerospace Center) expertise in space robotics by handof corresponding milestone projects including systems on the International Space Station ISS. It then discussesthe key technologies needed for the development of an artificial "robonaut" generation with mechatronic ultra-light weight arms and multifingered hands. The third arm generation is nearly finished now, approaching thelimits of what is technologically achievable today with respect to light-weight and power losses. In a similar wayDLR' s second generation of artificial 4-fingered hands was a big step towards higher reliability, manipulabilityand overall performance.