机器人技术及其在空间中应用实验指导书

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1、机器人技术及其在空间中应用实验指导书哈尔滨工业大学航空宇航制造工程系2013年8月一、机器人与空间机构样品展示1.1实验目的1）通过参观和讲解，使学牛了解空间应用机器人及其相关空间机构的特点和设计原则；2）通过参观和讲解，使学生系统地掌握几种常用机器人和一些空间机构的特点、组成和工作原理。1.2实验设备1.2.1八轮扭杆双摇杆摇臂悬架星球探测车移动系统八轮扭杆双摇杆摇臂悬架星球探测车移动系统的工作状态如图所示。图八轮扭杆双摇杆摇臂悬架星球探测车移动系统其机构原理如图1・2所示。该探测车移动系统由车轮、转向架、悬架和车体组成，两

2、侧悬架间引入了差动装置11,及同侧悬架摇臂间设置了扭杆弹簧9O当遇到障碍吋，可通过扭杆弹簧9的转动，并借助差动装置口来调整重力在各驱动轮上的分配，以提高车体的稳定性和越障能力。前驱动轮1和后驱动轮4可相对前差动摇杆6与后差动摇杆作绕其回转轴的回转运动，并通过转向电机实现驱动轮垂直其冋转轴的转向运动。该移动系统的八个车轮均独立驱动，前后四个驱动轮独立转向，可实现前进、后退和转向等多种运动功能。差动装置11的两个伸出轴分别与位于差动装置两侧的两个单侧独立悬架机构相连接，这样，可保证两侧悬架的车轮在车体移动过程中能完全着地，还可保证

3、车体的平稳性，即车体的俯仰角为两侧独立悬架俯仰角的平均值。悬架各关节处设计有光电编码器，用于检测关节的相对运动状态。RQ10II1,2,3,4-车轮;5■自由关节;6■摇杆;7-转向装置8-扭杆压臂；9-扭杆；10-摇臂；11-差速机构图1・2八轮扭杆双摇杆摇臂月球车悬架机构原理图该探测车移动系统四角的车轮有独立的转向驱动，但两侧中间的车轮没有独立的转向驱动，依靠车轮的速度差来实现转向，即是差速转向方式。因而在转向时，两侧中间的车轮会存在一定的侧向滑移。1.2.2混合适应悬架六轮星球探测车移动系统混合适应悬架六轮星球探测车移动

4、系统的工作状态如图1-3混合适应悬架六轮星球探测车移动系统。图3六轮月球车移动系统机构原理图为该移动系统的机构原理图。图1・3混合适应悬架六轮星球探测车移动系统9■后俯仰杆10.后侧倾杆11.后轴支架（后午体）12,13-右后轮14,15,16•差动平衡机构连杆图六轮月球车移动系统机构原理图该移动系统由三节吊联组成，每节具有一对独立驱动的圆柱一圆锥轮和一个搭载平台。整个悬架共有11个关节，相邻两节间连接悬架均为具有俯仰、侧向扭转和前后摆动三个自由度的空间串联較接结构，而前、后节与中间节之间通过俯仰关节A、A*、巴〜凡等运动副及

5、构件，又链接成一个二自由度闭链差动平衡机构（另有2个局部自由度），保持中间支撑平台与前、后节悬架俯仰角的均衡姿态。其中俯仰和扭转关节设计有离合器，俯仰关节A、A*处设计有可自锁的电机驱动与传动系统和离合器，侧倾关节B、处设计有离合器。当各关节处离合器处于释放状态吋，三节间能够随地形产生自适应的俯仰和扭转运动，保证月球车在移动时，六个车轮均能着地，均化各轮载荷，并保持足够的牵引力；当关节处离合器处于接合状态时，三节可以锁成为一体，使月球车能够直接跨越一定宽度的壕沟。此外，俯仰关节A、A*也可以通过离合器在电机驱动下实现主动俯仰运

6、动，增强移动系统爬越垂直或凸伸障碍的能力；前、后节摆动关节C、C*处也设计有带制动器的驱动电机，能够根据需要通过驱动摆动关节与各节车轮的依次滚动配合，使移动系统以轮步蠕动方式爬行，因而该移动系统具有混合适应地形的特性。各主动关节的运动姿态由光电编码器检测，被动关节的运动姿态由电位器及平台的二维倾角传感器检测。该探测车移动系统没有独立的转向驱动，依靠两侧车轮的速度差来实现转向，即是差速转向方式。因而在转向时，两侧四角的车轮会存在较大的侧向滑移，转向的功耗会比较高。1.2.3车轮运动性能综合测试台星球探测车车轮运动性能综合测试台由

7、测试台机架、地貌模拟土槽、拖曳机构、前进驱动机构、可调车轮支架、转向驱动机构、自由沉降机构、负载调整机构、被测车轮和控制/数据采集系统组成，如图1・5、图1・6所示。图1-5星球探测车车轮运动性能综合测试台自由沉降机构转向驱动机构可调车轮支架被测车轮前进驱动机构地貌模拟土槽测试台机架控制/数据采集系统拖拽机构负载调整机构图1-6车轮运动性能综合测试台的组成测试台中，前进驱动机构和可调车轮支架相连用于驱动不同宽度、不同直径的被测车轮滚动，转向驱动机构和可调车轮支架相连用于驱动不同宽度、不同直径的被测车轮转向；自由沉降机构通过直线

8、轴承副与转向驱动机构I古I连，用于模拟被测车轮在垂直载荷下的自由沉陷；拖曳机构中同步带和托架相固连，用于模拟被测车轮在行驶方向的负载作用及滑转运动；负载调整机构用于调整模拟作用于被测车轮上的不同垂直载荷；地貌模拟土槽用于模拟被测车轮运动的地形和土壤特性；控制/数据采集系统用于