行星采樣機(jī)械臂的設(shè)計與分析.pdf

1、機(jī)器人技術(shù)在航空航天中具有重要地位,尤其是行星探測機(jī)器人,對機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展提出了迫切需求。行星采樣機(jī)械臂是行星探測器實施采樣任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),本文論述了行星采樣機(jī)械臂的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景,在充分分析與研究已有的微型探測機(jī)器人技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了輕量化結(jié)構(gòu)方案。
　　根據(jù)探測作業(yè)任務(wù)與系統(tǒng)性能指標(biāo),需要機(jī)械臂具備展開/折疊,并能精確定位到一個目標(biāo)位置,以及挖掘、采樣、搬運、自修復(fù)等作業(yè)功能。針對行星環(huán)境,要求機(jī)械臂輕質(zhì)、節(jié)能、靈巧、

2、緊湊、可靠及最大化工作空間,發(fā)揮移動平臺和機(jī)械臂協(xié)同作業(yè)最大能力。
　　本文采用了類人手臂的結(jié)構(gòu)及腰、肩、肘、腕,四個關(guān)節(jié)且均為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),計四個自由度的實驗裝置。對機(jī)械臂關(guān)節(jié)組件作了詳細(xì)設(shè)計,例如肩關(guān)節(jié)及采樣腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。針對機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),如正向運動學(xué)求解、逆向運動學(xué)的求解、分析工作空間、運動軌跡的規(guī)劃等方面做了詳細(xì)的分析與研究。本文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:
　　1.針對國內(nèi)外采樣機(jī)械臂的研究現(xiàn)狀,提出了研究目

3、標(biāo)與主要研究內(nèi)容。
　　2.通過現(xiàn)有采樣機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)的分析與研究,根據(jù)作業(yè)任務(wù)提出了一種新型輕量化的機(jī)械臂結(jié)構(gòu),充分考慮了結(jié)構(gòu)的合理性和零部件的工藝,并對相應(yīng)特殊零件進(jìn)行詳細(xì)分析。
　　3.使用虛擬樣機(jī)技術(shù)對采樣機(jī)械臂進(jìn)行動力學(xué)分析,作為動力系統(tǒng)選型的依據(jù)。在ANSYS軟件中建立機(jī)器人的各關(guān)節(jié)模型,做位移、應(yīng)力、模態(tài)分析,以及剛?cè)狁詈戏治?驗證機(jī)器人本體設(shè)計方案的合理性。根據(jù)系統(tǒng)平穩(wěn)可靠緊湊的工作要求,確定機(jī)器人各關(guān)節(jié)的傳動