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登月機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)想
成都大學(xué)機(jī)械工程系 劉寧 2006/10/16
摘要：登月機(jī)器人的應(yīng)用范圍和性能要求與地球上的機(jī)器人不相同。它不但面臨的環(huán)境惡劣而且還要具備在低重力情況下前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、爬坡、取物、采樣和翻轉(zhuǎn)以及自我保護(hù)，維修等基本功能等等，因此它的機(jī)械系統(tǒng)非常特殊。
關(guān)鍵詞：登月機(jī)器人 機(jī)械系統(tǒng) 移動(dòng) 機(jī)構(gòu)
標(biāo)識(shí)碼： A
前言：宇航員在月球上的行動(dòng)受到很大的限制，在月球上停留的時(shí)間也有限，為了對月球更多的研究我們不的不讓登月機(jī)器人來面對在月球或太空中搬運(yùn)、組裝、維修、檢查、處理有害對象、補(bǔ)充燃料等因此極需許多先進(jìn)登月機(jī)械人完成各種特殊任務(wù)。因此它的機(jī)械系統(tǒng)也非常特殊
一：登月機(jī)器人要低重力情況下完成前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、爬坡、取物、采樣，翻轉(zhuǎn)、爬越、繞過障礙物或上階梯等基本功能。由此我們可以將登月機(jī)器人的移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為多關(guān)節(jié)，多輪且能夠獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的“車”，有將每一個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì)為履帶式。聚集以下優(yōu)點(diǎn)。
多關(guān)節(jié)原理的應(yīng)用在月球上的考察，由于多數(shù)場合只能夠?qū)ζ溥b控，所以對傾覆后的自復(fù)功能尤為重要。如圖：爬坡、爬越傾覆后能自動(dòng)恢復(fù)正常狀態(tài)。
履帶式的優(yōu)點(diǎn)：履帶式機(jī)構(gòu)稱為無限軌道式，其最到的特征是將圓環(huán)狀的無限軌道履帶卷繞在多個(gè)車輪上，使車輪不直接與路面接觸利用履帶可以緩沖路面狀態(tài)，可在各種路面條件行走。牽引附著性能好有利于發(fā)揮較大的牽引力。
多輪可以補(bǔ)償履帶式的質(zhì)量大，運(yùn)動(dòng)慢，減振性差的缺點(diǎn)。輪子可以根據(jù)地形上下調(diào)整度，提高穩(wěn)定性。
多輪機(jī)構(gòu)中還可以將其部分設(shè)計(jì)為腿型結(jié)構(gòu)與其他結(jié)合成輪腿型運(yùn)行機(jī)構(gòu)。如：把1986年美國俄核俄州立大學(xué)研制成的自適應(yīng)懸掛六足步行機(jī)器人（ASV）的設(shè)計(jì)理念融入登月機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)。
當(dāng)然將多種精髓聚為一體將給技術(shù)，經(jīng)濟(jì)各方面帶來極大的挑戰(zhàn)。我們可以根據(jù)登月機(jī)器人的任務(wù)和面臨的環(huán)境進(jìn)行取舍，使其在工作空間內(nèi)正常的移動(dòng)。
二：登月機(jī)器人在月球上因?yàn)樵虑虻奈^小，因此需要在它的機(jī)體上安裝一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如同噴氣式之類的驅(qū)動(dòng)方式。
三：如果登月機(jī)器人的任務(wù)要研究月球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就需要登月機(jī)器人能夠到月球內(nèi)部獲取一定的研究式樣物質(zhì)，為此我們可以設(shè)計(jì)一“鉆井”系統(tǒng)。月球上的物質(zhì)如同鐵酸巖一樣的堅(jiān)硬，所以這個(gè)“鉆井”系統(tǒng)非同一般，可以設(shè)想一種特制的液壓破碎錘，它需要機(jī)身很穩(wěn)定，平衡性好，大動(dòng)力，防振性好。也可以設(shè)想象電影《世界末日》中的 “鉆井”系統(tǒng)一般。
四：有關(guān)用仿真學(xué)設(shè)想登月機(jī)器人：我將登月機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的同人類的運(yùn)動(dòng)一樣，通過一個(gè)遙控設(shè)備將地球上研究員的動(dòng)作復(fù)制給月球上的機(jī)器人這樣來模擬研究以達(dá)到對月球的研究。力求有著人類的靈活性，柔性在動(dòng)態(tài)復(fù)雜變化的環(huán)境中適應(yīng)，運(yùn)動(dòng)自如。 還要提高承受局部損壞和可靠性。
五：具備自己維修的功能：它要具備在沒有幫助的前提下，完成自我保護(hù)、修復(fù)、等功能，以保證在月球上的各種使命得以順利完成。
六：月球車攜帶的所有科學(xué)探測儀器，都必須能在高輻射的前提下，在月面進(jìn)行巡視探測，并把探測數(shù)據(jù)及時(shí)傳送回地球。如“月球無人探測器一號”一樣所有的登月機(jī)器人都要在月球進(jìn)行地質(zhì)分析，獲取照片，觀測射線與地球間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等研究任務(wù)。
七：登月機(jī)器人是通過航天飛機(jī)運(yùn)到月球上去的，登月機(jī)器人的質(zhì)量問題就顯的非常重要，所以太空機(jī)械人要求輕量化設(shè)計(jì)。因此需要一種質(zhì)量很輕但性能優(yōu)異的材料，特別是他的強(qiáng)度。[相關(guān)資料：由于向太空發(fā)射對象成本昂貴，每公斤的發(fā)射費(fèi)高達(dá)2萬美元（約16萬人民幣），中國制造的太空機(jī)械人重約數(shù)十公斤，只有地面機(jī)械人的1/10重量，而且體積輕巧，容許太空機(jī)械人隨衛(wèi)星升空，節(jié)省發(fā)射成本；采用納米技術(shù)可在太空戰(zhàn)中取得新突破在物理元素中，巴基球是由60個(gè)碳原子聚集在一起形成的足球狀結(jié)構(gòu)，具有若干特殊的性質(zhì)。在巴基球的基礎(chǔ)上，又研制成功碳納米管，它的強(qiáng)度比鋼強(qiáng)100倍，而重量只有鋼的1/6。]
登月機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)。對其研究各方面都還很困難。如在那樣的的環(huán)境下登月機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的潤滑，就無法用傳統(tǒng)潤滑方法承擔(dān)，而必須采用全新的機(jī)理來解決。這些問題的研究還待解決。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]（日）牧野賢治 ，宋文譯。 機(jī)器人：北（未完，下一頁）
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