【正文】 ......................................................................30 母車控制系統設計........................................................................................................................31浙江科技學院畢業(yè)設計（論文）I第五章 登月車機械部分計算說明書.....................................................................................................32 設計的原始數據............................................................................................................................32 子車的行走部分設計計算............................................................................................................32 基于 PROE 的子車重量計算。 　　隨即，一場以月球探測為中心的空間科學技術競賽在前蘇聯和美國之間展開。在這些探月行動中，科學家有針對性地研究了月球背面和表面的放射性及土壤成分等。隨后從 1969 年 11 月至1972 年 12 月，美國宇航員又 5 次登月。其中，1994 年美國發(fā)射了“克萊門汀”號無人駕駛飛船，對月球進行了新的地貌測繪?！　∶绹€于 2022 年 4 月提出一項撞擊月球南極的計劃。將于 2022 年開始執(zhí)行的“月球探索戰(zhàn)略”列舉了從事人類和機器人月球探索的各種理由，其中包括需要維持人類在月球的生存，戰(zhàn)略同時要求促進國際合作及為人類與浙江科技學院畢業(yè)設計（論文）1機器人飛向火星和其他星球作準備?！　?022 年俄羅斯也制訂了三階段的探月計劃，前兩個階段主要是繪制月球全圖、發(fā)射月球車采集月球巖石并運回地面進行分析，以確定礦物含量及礦藏所在地。日本將在 2022 年發(fā)射月球探測器“月球Ａ” ，它可通過在月球表面打入的地震計，根據月球發(fā)生的“地震”探測其內部構造，載有高清晰度照相機、繞月球運轉的探測器“月神”計劃在 2022 年發(fā)射。2022 年８月 10 日起，中國繞月探測工程正式轉入發(fā)射實施階段。 2022 年 4 月 23 日，上海市科學技術委員會 23 日宣布，由上海承擔的中國月球車研制工作歷經概念樣機、原理樣機、工程樣機的三個階段攻關，在月球車行走系統工程和月球車總體研究兩項關鍵技術研制項目上取得重大進展。產品具有良好的社會效益和經濟效益，不僅能鼓舞廣大青少年探索宇宙的興趣和愛好，同時也是對機器人知識的一種很好的普及。信息技術、生物技術、新材料技術、先進制造技術、海洋技術、航空航天技術等都取得了重大突破，極大地提高了社會生產力。　　人們常常會問為什么要發(fā)展機器人？我們說機器人的出現并高速發(fā)展是社會和經濟發(fā)展的必然，是為了提高社會的生產水平和人類的生活質量，讓機器人替人們干那些人干不了、干不好的工作。有人認為機器人是人，形狀必須像人，不像人怎么能叫機器人，然而現實中絕大多數的機器人樣子不像人，這使很多機器人愛好者大失所望。根本原因主要是因為機器人涉及到了人的概念，成為一個難以回答的哲學問題?！　?886 年法國作家利爾亞當在他的小說《未來夏娃》中將外表像人的機器起名為“安德羅丁” （android） ，它由 4 部分組成：　　1，生命系統（平衡、步行、發(fā)聲、身體擺動、感覺、表情、調節(jié)運動等） ；　　2，造型解質（關節(jié)能自由運動的金屬覆蓋體，一種盔甲） ；　　3，人造肌肉（在上述盔甲上有肉體、靜脈、性別等身體的各種形態(tài)） ；　　4，人造皮膚（含有膚色、機理、輪廓、頭發(fā)、視覺、牙齒、手爪等） 。該劇預告了機器人的發(fā)展對人類社會的悲劇性影響，引起了大家的廣泛關注，被當成了機器人一詞的起源。機器人發(fā)覺人類十分自私和不公正，終于造反了，機器人的體能和智能都非常優(yōu)異，因此消滅了人類?！　】ㄅ蹇颂岢龅氖菣C器人的安全、感知和自我繁殖問題。　　這是給機器人賦予的倫理性綱領。從這一定義出發(fā)，森政弘又提出了用自動性、智能性、個體性、半機械半人性、作業(yè)性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動性等 10 個特性來表示機器人的形象。這里描述的不是工業(yè)機器人而是自主機器人?！　?987 年國際標準化組織對工業(yè)機器人進行了定義：“工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機。結合這些領域的應用特點，人們發(fā)展了各式各樣的具有感知、決策、行動和交互能力的特種機器人和各種智能機器，如移動機器人、微機器人、水下機器人、醫(yī)療機器人、軍用機器人、空中空間機器人、娛樂機器人等。機器人技術綜合了多學科的發(fā)展成果，代表了高技術的發(fā)展前沿，它在人類生活應用領域的不斷擴大正引起國際上重新認識機器人技術的作用和影響。示教再現型機器人 通過引導或其它方式，先教會機器人動作，輸入工作程序，機器人則自動重復進行作業(yè)。學習控制型機器人 機器人能“體會”工作的經驗，具有一定的學習功能，并將所“學”的經驗用于工作中。而特種機器人則是除工業(yè)機器人之外的、用于非制造業(yè)并服務于人類的各種先進機器人，包括：服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業(yè)機器人、機器人化機器等。不僅在國民經濟中扮演了重要的角色，而且在深海探測，科學研究，太空計劃等前沿領域得以大展身手。 （1）輕小型機械及驅動機構 浙江科技學院畢業(yè)設計（論文）6 登月車的機構結構應體現結構緊湊、體積小、質量輕的特點，同時與之配套的驅動機構應具備很好的穩(wěn)定性和較強的爬坡和翻越障礙的能力。時延使連續(xù)遙操作閉環(huán)反饋控制系統變得不穩(wěn)定。 （4）傳感技術 自主導航的前提是登月車配備完善的傳感系統，充分、細致地感知外部環(huán)境，同時將遙測數據傳回地面控制臺。運用對登月車的控制系統進行電子電路硬件設計，并用單片機進行編程。 設計要求（1）登月車以收起機械臂計，其長度小于或等于 300mm、寬度小于或等于 300mm、高度小于或等于 300mm。（2）場地細節(jié)見圖 11，圖中障礙管采用市售 216。160PVC 塑料管。（5）紅旗旗桿尺寸：216。虛擬制造技術的出現是現代科學技術和生產技術發(fā)展的必然結果，是各種現代制造技術與系統發(fā)展的必然趨勢。 虛擬設計與制造環(huán)境的總體結構虛擬設計與制造環(huán)境的總體框架結構如圖1所示。虛擬設計與加工環(huán)境通過系統主控制界面來調用參數化CAD／CAM 系統。通過將參數化CAD／CAM系統與虛擬設計，裝配和加工環(huán)境相結合，使用戶可擁有一個完整的設計環(huán)境來發(fā)揮其設計潛能。利用虛擬現實技術構建一個虛擬的三維環(huán)境，當利用參數化CAD／CAM 系統完成零件的初次設計時，便可以將該模型引入到虛擬設計環(huán)境中，對零件相關的參數修改和評價，當用戶對最終的設計意時，便可以退出虛擬設計環(huán)境，修改后的零件數據將傳回CAD／CAM 系統中。另外當用戶進行零件裝配時，可以記錄具體的裝配路徑這樣便可以重現整個裝配或拆卸過程，對裝配的難易程度進行評價。用戶可抓起工件并把它放在虛擬加工機床上，利用CAD／CAM 系統所生成的NC代碼，在虛擬機床上進行模擬加工。1 虛擬設計和制造環(huán)境總體結構圖21 虛擬設計和制造環(huán)境總體結構浙江科技學院畢業(yè)設計（論文）102．3 系統開發(fā)中的關鍵技術采用面向對象技術(OMT)對虛擬環(huán)境的功能進行分析，將系統分解為一系列獨立的對象類，類之間通過一定的接口機制進行消息的傳送。與機床相關的各個類的關系如圖2所示。幾何模型是對設備形狀提取的約束信息被用于指導裝配規(guī)劃人員在拆卸過程中做出適當的拆卸規(guī)劃。這些幾何模型在虛擬運動模型控制下，根據外部輸人的控制數據做相應的運動，這些運動可以表示物理設備的實際行為，如工作臺的進給，主軸的轉動等。從描述裝配模型的裝配樹中獲取CAD／CAM 系統的運動情況，對其進行分類，將有一定運動關聯的結構獨立為一個子節(jié)點，然后再依據該結構各部分的運動情況進行進一步的劃分。Pro／Engineer系統帶有一個用于二次開發(fā)的模塊Pro／Develop和Pro／ToolKit。虛擬環(huán)境采用Sense8公司出的虛擬現實軟件WorldToolKit軟件工具包作為底層的三維開發(fā)平臺，用戶可以通過一系列稱作Sensor對象的輸人設備，并通過計算機屏幕或HMD來體驗其所創(chuàng)建的虛擬環(huán)境。利用Visual C++和WorldToolKit來實現虛擬機床的各項功能。從而能夠在虛擬設計階段，即對產品的外觀和性能進行全面的檢測。特別是對一個新產品來說，運用虛擬設計和虛擬裝配對進行周密和細致前期設計，可以避免后續(xù)的反復修改，節(jié)約大量的時間和資金。具體地說，登月車模型是由兩輛能夠獨立運動的大、子車構成統一的整體，大車稱為橋梁車如圖 31 所示，子車稱為登陸車如圖 32 所示，橋梁車與登陸車各有所長，擁有不同的功能，在完成動作的過程中，二輛車互相協作，有機的結合在一起。在登月車未遇到障礙物之前，橋梁車裝載著登陸車一起運動，此時登陸車不起用任何的驅動裝置；在遇到障礙物（PVC 管）時，橋梁車的前側板和頂板能通過曲柄連桿組合機構的控制按要求展開成為如圖 34 所示的坡面，然后裝載在橋梁車車身上的登陸車在自身動力裝置的驅動下借助這段斜面順利地上坡并且利用本身的動能撞倒橋梁車的頂板，使橋梁車的頂板成為另一段登陸車翻越障礙的坡面，如圖 35 所示，此后橋梁車將駐扎在原地，等待登陸車的返回。機械鉗在電機的驅動下自由張合，使機械手可以模擬人手完成取物等動作。但是這樣的設計不僅使得機械手非常笨重，加大了上下翻轉電機的負載，而且容易和上下翻轉的動作形成干涉。 （此時，請注意：木塊高為 40mm，而夾持塊下端離旋轉軸只有 15mm,由于重力原因木塊會帶動夾持塊繞旋轉軸翻轉 180 度。有履帶在，前后輪之間的間隙不會陷在障礙上，而且履帶可以使同側的輪子同時運動，就像坦克那樣子，同時采用履帶式容易實現轉向，轉向半徑小，且控制易實現。由于兩側的電機是同一規(guī)格的，所以前進時比較平穩(wěn)，轉向較為容易。后輪軸有一個凸起的臺階，安裝時一端頂住車殼，設計的目的是為了防止后輪在軸向的竄動，同時也保證了后輪與車殼之間保持一定的距離，防止后輪卡在車殼上。另一段和前輪連接，同樣采用了緊定螺釘使軸和前輪固定。能達到設計要求，行走平穩(wěn)，轉向靈活，順利完成行走、越障等動作。母車的主要功用是協助子車完成翻越障礙的動作，母車通過車體的變形為子車的翻越障礙構造坡面?？刂品绞揭来螢椋鹤笥覂呻姍C同時正轉，子車前進。因此對應這四種簡單的不同的運動方式，需設置四個按鍵來操控，并傳送命令到單片機（MCU） ，MCU 經過運算處理后輸出四種不同的信號，經過放大后驅動兩個電機分別運動。以上僅僅是初步的簡單運動，均可以采用常用的 H 橋電路進行電機正反轉控制。 方案一：改變電樞回路外串電阻值，控制電機運動速率控制方法：采用逐級加上或切除電阻的方法，來達到減速或加速的目的。前面提到，直流電動機的電樞回路串接電阻后，可以得到人為的機械特性。PWM 控制技術就是以該結論為理論基礎，對半導體開關器件的導通和關斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。隨著電力電子技術、微電子技術和自動控制技術的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現代控制理論、非線性系統控制思想的應用，PWM 控制技術獲得了空前的發(fā)展。主電路決定采用 H 型脈寬放大電路，控制電路決定采用單片機模擬 PWM 信號輸出。當它們以較高的頻率（一般為 2022Hz）交替導通時，電樞兩端的電壓波形如圖 43 所示，由于機械慣性的作用，決定電動機轉向和轉速的僅為此電壓的平均值。連續(xù)地改變脈沖寬度，即可實現直流電動機的無級?調速。此時，雖然 Ub1 和 Ub4 為正，但是受到 V1 和 V4 正向壓降的限制，VT1和 VT4 也不能導通。?=24.2186。欲使電動機M 向正方向旋轉，則要求控制電壓 Uk 為正，各三極管基極電壓的波形如圖 X 所示。電流 i 的變化曲線如圖（ e）所示。根據公式 [1()](2)UssavtTttT???? （4—2） (2)(1)rrUs可知，電樞電壓 U 的平均值 Uav＝2r1 Us＝ ()tT?并定義雙極性雙極式脈寬放大器的負載電壓系數為 （4－3）12avtsT???即 Uav＝ Us （4－4）?可見， 可以在 1～0～+1 之間變化。浙江科技學院畢業(yè)設計（論文）28t1 TUb1,4t圖 4－5 （a）ot1 TUb2,35t圖 4－5(b)ot1 TU5t圖 4－5(c)o+Ua5Ua5iat圖 4－5(e)o4 1 2 3 4 1浙江科技學院畢業(yè)設計（論文）