【正文】 與電機(jī)的連接采用的是用緊定螺釘，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸有一缺口與之能很好地配合，緊定螺釘是為了更好地保證后輪軸的軸向與徑向的固定，平穩(wěn)傳遞扭矩，使行走系統(tǒng)工作可靠。最后采用了履帶式，因?yàn)檫@個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求。木塊的翻面是本設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)，按照常規(guī)的設(shè)計(jì)必須另設(shè)計(jì)一個(gè)電機(jī)使得機(jī)械手能夠以絲杠的延長(zhǎng)線為軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。整輛登月車采用的是直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，登月車的控制是采用有線遙控方式圖 31 橋梁車 圖 32 登陸車 圖 33 共同移動(dòng) 圖 34 翻越障礙 圖 35 翻越障礙 機(jī)械結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)翻越障礙的機(jī)械結(jié)構(gòu)翻越障礙的動(dòng)作是由橋梁車和登陸車共同協(xié)作完成。常規(guī)的 AUTOCAD 等二維設(shè)計(jì)軟件難以解決產(chǎn)品的可靠性保障，裝配干涉，運(yùn)動(dòng)干涉等問(wèn)題。虛擬機(jī)床的模型建立采用了3dmax和World Up三維造型工具。如IGES和STEP標(biāo)準(zhǔn)，利用交換文件可以使不同的CAD／CAM 系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊?？梢杂卸喾N方式特征的描述，它表達(dá)了物理設(shè)備的基本形狀信息，如機(jī)床的床身，工作臺(tái)以及主軸等部件的外形。通過(guò)建立相關(guān)的類，將機(jī)床的主要功能抽象出來(lái)。用戶和虛擬加工設(shè)備之間的交互與實(shí)際加工方式一樣。因此，該虛擬環(huán)境采用Pro／E進(jìn)行零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)出的零件模型數(shù)據(jù)傳送到虛擬環(huán)境中，在三維虛擬環(huán)境中進(jìn)行調(diào)整、裝配和加工。虛擬設(shè)計(jì)、裝配和加工環(huán)境均是以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)所創(chuàng)建的具有一定沉浸感的三維虛擬環(huán)境，其中設(shè)計(jì)環(huán)境可以讓用戶從各個(gè)角度觀察，變換和修改由CAD系統(tǒng)所生成的參數(shù)化模型；裝配環(huán)境可以使用戶通過(guò)直接操作虛擬環(huán)境中的零件來(lái)進(jìn)行裝配操作；虛擬加工環(huán)境則為用戶提供了一個(gè)虛擬的車間環(huán)境，以進(jìn)行零件加工過(guò)程的分析。在虛擬制造中，基于數(shù)字化的虛擬產(chǎn)品開發(fā)方式(virtual product development)，以用戶的需求為驅(qū)動(dòng)，并將用戶需求轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的各種功能特征。110 及 216。3）登月車拾取藍(lán)色木塊按要求放入指定基地區(qū)。由于月球場(chǎng)景數(shù)據(jù)與遙操作指令傳輸存在大時(shí)延問(wèn)題，所以對(duì)登月車有必要實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航、定位與控制，在自主和遙操作配合的情況下完成任務(wù)。 根據(jù)月球環(huán)境及特點(diǎn)，考慮到登月車所執(zhí)行的任務(wù)，登月車研究包括以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。程控型機(jī)器人 按預(yù)先要求的順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動(dòng)作。隨著人們對(duì)機(jī)器人技術(shù)智能化本質(zhì)認(rèn)識(shí)的加深，機(jī)器人技術(shù)開始源源不斷地向人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域滲透。非接觸傳感器和接觸傳感器相當(dāng)于人的五官，使機(jī)器人能夠識(shí)別外界環(huán)境，而平衡覺(jué)和固有覺(jué)則是機(jī)器人感知本身狀態(tài)所不可缺少的傳感器。　　為了防止機(jī)器人傷害人類，科幻作家阿西莫夫于 1940 年提出了“機(jī)器人三原則”：　　1，機(jī)器人不應(yīng)傷害人類；　　2，機(jī)器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外；　　3，機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己，與第一條相抵觸者除外。在工廠和家務(wù)勞動(dòng)中，機(jī)器人成了必不可少的成員。但隨著機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展和信息時(shí)代的到來(lái)，機(jī)器人所涵蓋的內(nèi)容越來(lái)越豐富，機(jī)器人的定義也不斷充實(shí)和創(chuàng)新。這些朋友是從電影、電視、小說(shuō)中認(rèn)識(shí)機(jī)器人的，他們眼中的機(jī)器人是神通廣大的萬(wàn)能機(jī)器，當(dāng)他們看到現(xiàn)實(shí)的機(jī)器人時(shí)，他們會(huì)認(rèn)為現(xiàn)在的機(jī)器人太普通，不能稱之為機(jī)器人。站在世紀(jì)之交的門檻，回顧過(guò)去，展望未來(lái)，我們心潮澎湃、思緒萬(wàn)千……　　20 世紀(jì)，人類取得了輝煌的成就，從量子理論、相對(duì)論的創(chuàng)立，原子能的應(yīng)用，脫氧核糖核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，到信息技術(shù)的騰飛，人類基因組工作草圖的繪就，世界科技發(fā)生了深刻的變革?！　?022 年 9 月，俄羅斯媒體援引俄航天署署長(zhǎng)佩爾米諾夫的話說(shuō)，俄羅斯計(jì)劃 2025 年前讓宇航員登月，并隨后在月球建立永久性基地?！　〈送猓瑲W洲、日本、印度和中國(guó)等先后提出了探月計(jì)劃。　　2022 年 12 月 4 日，美國(guó)宇航局 NASA 公布了“月球探索戰(zhàn)略”和美國(guó)“月球基地計(jì)劃”的初步構(gòu)想。　　美國(guó)于 1986 年提出重返月球、建立月球基地的設(shè)想，并在 1994 年和 1998 年分別發(fā)射了兩個(gè)探測(cè)器。美國(guó)也向月球發(fā)射了 21 個(gè)探測(cè)裝置。 unningmachinery turns the direction , runs and goes across the obstacle。 imitating the real sport?！暗窃萝嚒蹦Ｐ屯婢叩南嚓P(guān)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)摘 要月面巡視探測(cè)器簡(jiǎn)稱月球車，是探月工程探測(cè)器系統(tǒng)的重要組成部分。 the analysis and realizing of the key technique。 Heating up the machine hand 。在這些探月行動(dòng)中，科學(xué)家有針對(duì)性地研究了月球背面和表面的放射性及土壤成分等。其中，1994 年美國(guó)發(fā)射了“克萊門汀”號(hào)無(wú)人駕駛飛船，對(duì)月球進(jìn)行了新的地貌測(cè)繪。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(jī)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(shí)要求促進(jìn)國(guó)際合作及為人類與機(jī)器人飛向火星和其他星球作準(zhǔn)備。日本將在 2022 年發(fā)射月球探測(cè)器“月球Ａ” ，它可通過(guò)在月球表面打入的地震計(jì)，根據(jù)月球發(fā)生的“地震”探測(cè)其內(nèi)部構(gòu)造，載有高清晰度照相機(jī)、繞月球運(yùn)轉(zhuǎn)的探測(cè)器“月神”計(jì)劃在 2022 年發(fā)射。 2022 年 4 月 23 日，上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì) 23 日宣布，由上海承擔(dān)的中國(guó)月球車研制工作歷經(jīng)概念樣機(jī)、原理樣機(jī)、工程樣機(jī)的三個(gè)階段攻關(guān)，在月球車行走系統(tǒng)工程和月球車總體研究?jī)身?xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研制項(xiàng)目上取得重大進(jìn)展。信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、海洋技術(shù)、航空航天技術(shù)等都取得了重大突破，極大地提高了社會(huì)生產(chǎn)力。有人認(rèn)為機(jī)器人是人，形狀必須像人，不像人怎么能叫機(jī)器人，然而現(xiàn)實(shí)中絕大多數(shù)的機(jī)器人樣子不像人，這使很多機(jī)器人愛(ài)好者大失所望。　　1886 年法國(guó)作家利爾亞當(dāng)在他的小說(shuō)《未來(lái)夏娃》中將外表像人的機(jī)器起名為“安德羅丁” （android） ，它由 4 部分組成：　　1，生命系統(tǒng)（平衡、步行、發(fā)聲、身體擺動(dòng)、感覺(jué)、表情、調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)等） ；　　2，造型解質(zhì)（關(guān)節(jié)能自由運(yùn)動(dòng)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(jī)理、輪廓、頭發(fā)、視覺(jué)、牙齒、手爪等） 。機(jī)器人發(fā)覺(jué)人類十分自私和不公正，終于造反了，機(jī)器人的體能和智能都非常優(yōu)異，因此消滅了人類?！　∵@是給機(jī)器人賦予的倫理性綱領(lǐng)。這里描述的不是工業(yè)機(jī)器人而是自主機(jī)器人。結(jié)合這些領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)，人們發(fā)展了各式各樣的具有感知、決策、行動(dòng)和交互能力的特種機(jī)器人和各種智能機(jī)器，如移動(dòng)機(jī)器人、微機(jī)器人、水下機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、空中空間機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人等。示教再現(xiàn)型機(jī)器人 通過(guò)引導(dǎo)或其它方式，先教會(huì)機(jī)器人動(dòng)作，輸入工作程序，機(jī)器人則自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人，包括：服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。 （1）輕小型機(jī)械及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 登月車的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)應(yīng)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕的特點(diǎn)，同時(shí)與之配套的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)具備很好的穩(wěn)定性和較強(qiáng)的爬坡和翻越障礙的能力。 （4）傳感技術(shù) 自主導(dǎo)航的前提是登月車配備完善的傳感系統(tǒng)，充分、細(xì)致地感知外部環(huán)境，同時(shí)將遙測(cè)數(shù)據(jù)傳回地面控制臺(tái)。 設(shè)計(jì)要求（1）登月車以收起機(jī)械臂計(jì)，其長(zhǎng)度小于或等于 300mm、寬度小于或等于 300mm、高度小于或等于 300mm。160PVC 塑料管。虛擬制造技術(shù)的出現(xiàn)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，是各種現(xiàn)代制造技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。虛擬設(shè)計(jì)與加工環(huán)境通過(guò)系統(tǒng)主控制界面來(lái)調(diào)用參數(shù)化CAD／CAM 系統(tǒng)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建一個(gè)虛擬的三維環(huán)境，當(dāng)利用參數(shù)化CAD／CAM 系統(tǒng)完成零件的初次設(shè)計(jì)時(shí)，便可以將該模型引入到虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境中，對(duì)零件相關(guān)的參數(shù)修改和評(píng)價(jià)，當(dāng)用戶對(duì)最終的設(shè)計(jì)意時(shí)，便可以退出虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境，修改后的零件數(shù)據(jù)將傳回CAD／CAM 系統(tǒng)中。用戶可抓起工件并把它放在虛擬加工機(jī)床上，利用CAD／CAM 系統(tǒng)所生成的NC代碼，在虛擬機(jī)床上進(jìn)行模擬加工。與機(jī)床相關(guān)的各個(gè)類的關(guān)系如圖2所示。這些幾何模型在虛擬運(yùn)動(dòng)模型控制下，根據(jù)外部輸人的控制數(shù)據(jù)做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)可以表示物理設(shè)備的實(shí)際行為，如工作臺(tái)的進(jìn)給，主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)等。Pro／Engineer系統(tǒng)帶有一個(gè)用于二次開發(fā)的模塊Pro／Develop和Pro／ToolKit。利用Visual C++和WorldToolKit來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)床的各項(xiàng)功能。特別是對(duì)一個(gè)新產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，運(yùn)用虛擬設(shè)計(jì)和虛擬裝配對(duì)進(jìn)行周密和細(xì)致前期設(shè)計(jì)，可以避免后續(xù)的反復(fù)修改，節(jié)約大量的時(shí)間和資金。在登月車未遇到障礙物之前，橋梁車裝載著登陸車一起運(yùn)動(dòng)，此時(shí)登陸車不起用任何的驅(qū)動(dòng)裝置；在遇到障礙物（PVC 管）時(shí)，橋梁車的前側(cè)板和頂板能通過(guò)曲柄連桿組合機(jī)構(gòu)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(dòng)力裝置的驅(qū)動(dòng)下借助這段斜面順利地上坡并且利用本身的動(dòng)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。但是這樣的設(shè)計(jì)不僅使得機(jī)械手非常笨重，加大了上下翻轉(zhuǎn)電機(jī)的負(fù)載，而且容易和上下翻轉(zhuǎn)的動(dòng)作形成干涉。有履帶在，前后輪之間的間隙不會(huì)陷在障礙上，而且履帶可以使同側(cè)的輪子同時(shí)運(yùn)動(dòng)，就像坦克那樣子，同時(shí)采用履帶式容易實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向半徑小，且控制易實(shí)現(xiàn)。后輪軸有一個(gè)凸起的臺(tái)階，安裝時(shí)一端頂住車殼，設(shè)計(jì)的目的是為了防止后輪在軸向的竄動(dòng)，同時(shí)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。能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，行走平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向靈活，順利完成行走、越障等動(dòng)作?？刂品绞揭来螢椋鹤笥覂呻姍C(jī)同時(shí)正轉(zhuǎn)，子車前進(jìn)。以上僅僅是初步的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)，均可以采用常用的 H 橋電路進(jìn)行電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制。前面提到，直流電動(dòng)機(jī)的電樞回路串接電阻后，可以得到人為的機(jī)械特性。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM 控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展。當(dāng)它們以較高的頻率（一般為 2022Hz）交替導(dǎo)通時(shí)，電樞兩端的電壓波形如圖 43 所示，由于機(jī)械慣性的作用，決定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的僅為此電壓的平均值。此時(shí)，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(dǎo)通。 若電動(dòng)即的負(fù)載重，電樞電流 ia 大，在工作過(guò)程中 ia 不會(huì)改變方向的畫，Ua?=24.2186。1tT??由圖 44 可求出電樞電壓的平均值 （42）[1()](21)(2)(1)UssUsavttt Us??????由公式（42）可知，在 T=常數(shù)時(shí)，認(rèn)為地改變正脈沖的寬度以改變占空比 ，即可改?變 Uav，達(dá)到調(diào)速的目的。本方案采用的就是直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。圖 42 所示特性為串電阻調(diào)速的特性，從特性可以看出，在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tl 下，串入不同的電阻可以得到不同的轉(zhuǎn)速，如在電阻非別為 Ra，R1,R2,R3 的情況下，可以達(dá)到對(duì)應(yīng)于 A,C,D 和 E點(diǎn)的轉(zhuǎn)速 nA, nC, nD, nE. 在不考慮電樞電路的電感時(shí)，電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)的機(jī)電過(guò)程（如降低轉(zhuǎn)速）見(jiàn)圖中沿 ABC 的箭頭方向所示，即從穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 nA，調(diào)至新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 nC，這種調(diào)速特性機(jī)械特性較軟，電阻愈大則特性愈軟，穩(wěn)定度就愈低；在空載和輕載時(shí)，調(diào)速范圍不大；實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速非常困難；。從而在負(fù)載不變時(shí)，就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到速度調(diào)節(jié)的目的。右電機(jī)正轉(zhuǎn)，左電機(jī)反轉(zhuǎn)，子車向左轉(zhuǎn)。這樣設(shè)計(jì)的目的是使母車的驅(qū)動(dòng)能力比起子車更為強(qiáng)大， （因?yàn)橐瑫r(shí)帶動(dòng)兩輛車，所以必須要有強(qiáng)勁的動(dòng)力）左右兩排四個(gè)電機(jī)各控制一側(cè)輪子，當(dāng)左右排電機(jī)同時(shí)正轉(zhuǎn)，這時(shí)母車向前進(jìn)，反之，母車后退。后輪中間相應(yīng)的也切出與其相同形狀的孔，目的是為了更好的傳送扭矩，軸中穿孔，與后輪之間采用盤頭螺釘加螺母固定。兩個(gè)減速電機(jī)安裝在車架的兩側(cè)板上，通過(guò)后輪軸直接與兩個(gè)后輪連接，由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)后輪，后輪是帶有輪齒的通過(guò)履帶帶動(dòng)前輪轉(zhuǎn)動(dòng)。因此本設(shè)計(jì)在機(jī)械手末端用銷軸連接兩塊翻轉(zhuǎn)夾持塊，該夾持塊可以繞著銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 實(shí)現(xiàn)插小旗、抓取木塊及實(shí)現(xiàn)木塊翻面的機(jī)械結(jié)構(gòu)插小旗、抓取木塊是由安裝在登陸車上的機(jī)械手來(lái)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)的，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)如圖 36所示。然后再用 AUTOCAD 對(duì)整個(gè)經(jīng)過(guò)Pro/Engineer 虛擬設(shè)計(jì)和檢測(cè)的登月車玩具模型進(jìn)行工程圖的繪制。圖3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 虛擬設(shè)計(jì)的常用軟件近幾年來(lái)，CAD 技術(shù)為企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中提供了有力的支持，要實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品 的虛擬設(shè)計(jì)，常常用 CATIA，PROE，UG 等三維仿真設(shè)計(jì)軟件。圖2 虛擬加工環(huán)境的類關(guān)系圖22 虛擬加工環(huán)境的類關(guān)系2．4 原型系統(tǒng)的開發(fā)采用Pro／Engineer軟件作為參數(shù)化CAD／CAM 系統(tǒng)，進(jìn)行零件的造型設(shè)計(jì)，其產(chǎn)生的模型數(shù)據(jù)用于虛擬環(huán)境，同時(shí)接收由虛擬環(huán)境返回的零件數(shù)據(jù)，并生成相應(yīng)的NC代碼用于虛擬加工。參照設(shè)備各功能模塊的層次結(jié)構(gòu)，虛擬模型之間同樣應(yīng)具備一定的組織關(guān)系，利用樹狀結(jié)構(gòu)可以描述這種關(guān)系。設(shè)備