【正文】 與電機(jī)的連接采用的是用緊定螺釘，驅(qū)動電機(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，因為這個結(jié)構(gòu)簡單，容易達(dá)到設(shè)計要求。木塊的翻面是本設(shè)計中的一個難點，按照常規(guī)的設(shè)計必須另設(shè)計一個電機(jī)使得機(jī)械手能夠以絲杠的延長線為軸線轉(zhuǎn)動。整輛登月車采用的是直流電機(jī)驅(qū)動，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 圖 34 翻越障礙 圖 35 翻越障礙 機(jī)械結(jié)構(gòu) 實現(xiàn)翻越障礙的機(jī)械結(jié)構(gòu)翻越障礙的動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)計軟件難以解決產(chǎn)品的可靠性保障，裝配干涉，運(yùn)動干涉等問題。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，工作臺以及主軸等部件的外形。通過建立相關(guān)的類，將機(jī)床的主要功能抽象出來。用戶和虛擬加工設(shè)備之間的交互與實際加工方式一樣。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，將設(shè)計出的零件模型數(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、裝配和加工環(huán)境均是以虛擬現(xiàn)實技術(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)計環(huán)境可以讓用戶從各個角度觀察，變換和修改由CAD系統(tǒng)所生成的參數(shù)化模型；裝配環(huán)境可以使用戶通過直接操作虛擬環(huán)境中的零件來進(jìn)行裝配操作；虛擬加工環(huán)境則為用戶提供了一個虛擬的車間環(huán)境，以進(jìn)行零件加工過程的分析。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，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)。由于月球場景數(shù)據(jù)與遙操作指令傳輸存在大時延問題，所以對登月車有必要實現(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，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)械動作。隨著人們對機(jī)器人技術(shù)智能化本質(zhì)認(rèn)識的加深，機(jī)器人技術(shù)開始源源不斷地向人類活動的各個領(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)器人能夠識別外界環(huán)境，而平衡覺和固有覺則是機(jī)器人感知本身狀態(tài)所不可缺少的傳感器?！　榱朔乐箼C(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)展和信息時代的到來，機(jī)器人所涵蓋的內(nèi)容越來越豐富，機(jī)器人的定義也不斷充實和創(chuàng)新。這些朋友是從電影、電視、小說中認(rèn)識機(jī)器人的，他們眼中的機(jī)器人是神通廣大的萬能機(jī)器，當(dāng)他們看到現(xiàn)實的機(jī)器人時，他們會認(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，回顧過去，展望未來，我們心潮澎湃、思緒萬千……　　20 世紀(jì)，人類取得了輝煌的成就，從量子理論、相對論的創(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佩爾米諾夫的話說，俄羅斯計劃 2025 年前讓宇航員登月，并隨后在月球建立永久性基地?！　〈送?，歐洲、日本、印度和中國等先后提出了探月計劃?！　?022 年 12 月 4 日，美國宇航局 NASA 公布了“月球探索戰(zhàn)略”和美國“月球基地計劃”的初步構(gòu)想。　　美國于 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)射了兩個探測器。美國也向月球發(fā)射了 21 個探測裝置。 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)計摘 要月面巡視探測器簡稱月球車，是探月工程探測器系統(tǒng)的重要組成部分。 the analysis and realizing of the key technique。 Heating up the machine hand 。在這些探月行動中，科學(xué)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。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(jìn)行了新的地貌測繪。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)略同時要求促進(jìn)國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)射月球探測器“月球Ａ” ，它可通過在月球表面打入的地震計，根據(jù)月球發(fā)生的“地震”探測其內(nèi)部構(gòu)造，載有高清晰度照相機(jī)、繞月球運(yùn)轉(zhuǎn)的探測器“月神”計劃在 2022 年發(fā)射。 2022 年 4 月 23 日，上海市科學(xué)技術(shù)委員會 23 日宣布，由上海承擔(dān)的中國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)的三個階段攻關(guān)，在月球車行走系統(tǒng)工程和月球車總體研究兩項關(guān)鍵技術(shù)研制項目上取得重大進(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)器人愛好者大失所望?！　?886 年法國作家利爾亞當(dāng)在他的小說《未來夏娃》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、感覺、表情、調(diào)節(jié)運(yùn)動等） ；　　2，造型解質(zhì)（關(guān)節(jié)能自由運(yùn)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(jī)理、輪廓、頭發(fā)、視覺、牙齒、手爪等） 。機(jī)器人發(fā)覺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，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(jī)器人和各種智能機(jī)器，如移動機(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、娛樂機(jī)器人等。示教再現(xiàn)型機(jī)器人 通過引導(dǎo)或其它方式，先教會機(jī)器人動作，輸入工作程序，機(jī)器人則自動重復(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，同時與之配套的驅(qū)動機(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，同時將遙測數(shù)據(jù)傳回地面控制臺。 設(shè)計要求（1）登月車以收起機(jī)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。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。虛擬設(shè)計與加工環(huán)境通過系統(tǒng)主控制界面來調(diào)用參數(shù)化CAD／CAM 系統(tǒng)。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建一個虛擬的三維環(huán)境，當(dāng)利用參數(shù)化CAD／CAM 系統(tǒng)完成零件的初次設(shè)計時，便可以將該模型引入到虛擬設(shè)計環(huán)境中，對零件相關(guān)的參數(shù)修改和評價，當(dāng)用戶對最終的設(shè)計意時，便可以退出虛擬設(shè)計環(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)的各個類的關(guān)系如圖2所示。這些幾何模型在虛擬運(yùn)動模型控制下，根據(jù)外部輸人的控制數(shù)據(jù)做相應(yīng)的運(yùn)動，這些運(yùn)動可以表示物理設(shè)備的實際行為，如工作臺的進(jìn)給，主軸的轉(zhuǎn)動等。Pro／Engineer系統(tǒng)帶有一個用于二次開發(fā)的模塊Pro／Develop和Pro／ToolKit。利用Visual C++和WorldToolKit來實現(xiàn)虛擬機(jī)床的各項功能。特別是對一個新產(chǎn)品來說，運(yùn)用虛擬設(shè)計和虛擬裝配對進(jìn)行周密和細(xì)致前期設(shè)計，可以避免后續(xù)的反復(fù)修改，節(jié)約大量的時間和資金。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，此時登陸車不起用任何的驅(qū)動裝置；在遇到障礙物（PVC 管）時，橋梁車的前側(cè)板和頂板能通過曲柄連桿組合機(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力裝置的驅(qū)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。但是這樣的設(shè)計不僅使得機(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)的動作形成干涉。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(cè)的輪子同時運(yùn)動，就像坦克那樣子，同時采用履帶式容易實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向半徑小，且控制易實現(xiàn)。后輪軸有一個凸起的臺階，安裝時一端頂住車殼，設(shè)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。能達(dá)到設(shè)計要求，行走平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向靈活，順利完成行走、越障等動作。控制方式依次為：左右兩電機(jī)同時正轉(zhuǎn)，子車前進(jìn)。以上僅僅是初步的簡單運(yùn)動，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，電樞兩端的電壓波形如圖 43 所示，由于機(jī)械慣性的作用，決定電動機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的僅為此電壓的平均值。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(dǎo)通。 若電動即的負(fù)載重，電樞電流 ia 大，在工作過程中 ia 不會改變方向的畫，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，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)到對應(yīng)于 A,C,D 和 E點的轉(zhuǎn)速 nA, nC, nD, nE. 在不考慮電樞電路的電感時，電動機(jī)調(diào)速時的機(jī)電過程（如降低轉(zhuǎn)速）見圖中沿 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，調(diào)速范圍不大；實現(xiàn)無級調(diào)速非常困難；。從而在負(fù)載不變時，就可以改變電動機(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)計的目的是使母車的驅(qū)動能力比起子車更為強(qiáng)大， （因為要同時帶動兩輛車，所以必須要有強(qiáng)勁的動力）左右兩排四個電機(jī)各控制一側(cè)輪子，當(dāng)左右排電機(jī)同時正轉(zhuǎn)，這時母車向前進(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。兩個減速電機(jī)安裝在車架的兩側(cè)板上，通過后輪軸直接與兩個后輪連接，由電機(jī)直接驅(qū)動后輪，后輪是帶有輪齒的通過履帶帶動前輪轉(zhuǎn)動。因此本設(shè)計在機(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。 實現(xiàn)插小旗、抓取木塊及實現(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)械手來負(fù)責(zé)實現(xiàn)的，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)如圖 36所示。然后再用 AUTOCAD 對整個經(jīng)過Pro/Engineer 虛擬設(shè)計和檢測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)計的常用軟件近幾年來，CAD 技術(shù)為企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)過程中提供了有力的支持，要實現(xiàn)對產(chǎn)品 的虛擬設(shè)計，常常用 CATIA，PROE，UG 等三維仿真設(shè)計軟件。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，其產(chǎn)生的模型數(shù)據(jù)用于虛擬環(huán)境，同時接收由虛擬環(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