探测机器人系统的设计开题报告.doc

探测机器人系统的设计 开题报告 一、综述 1.课题研究的目的和意义 出于重要的战略意义，资源领域已成为各科技强国相互竞争的一个焦点，出于安全性等因素的考虑，对探测机器人的研究设计也成为了开发资源的重要硬件之一，探测机器人可以帮助人类完成一些不能完成的任务，其应用范围很广，有几下几方面： 1）行星探测移动机器人 行星探测移动机器人的研究对于发展行星科学、提高国防能力、提高国家的国际地位等方面均有重要意义，因为:①移动机器人是行星科学研究中着陆探测和取回样品到实验室分析的有力工具。②人类在太空中停留数月之久会严重丢失钙和磷，这似乎意味着人类不可能在重力为零的状态下飞行6一9个月或更长一点时间。但机器人不存在这个问题。因此，行星探测移动机器人的研究是对行星进行长期实地考察的需要。③大大节省探测成本。以月球探测为例，根据粗略的估计，一次有人驾驶的飞行所花费的钱要比无人驾驶飞行多50一100倍。因此，光就科学上的探索来说，用机器人执行无人驾驶飞行任务是合算的。④有利于提高国家国防自动化的水平和国际地位。因此，行星探测移动机器人的研究受到世界各国的高度重视。[6] 2）海洋探测机器人 海洋探测机器人人已经广泛应用于海洋开发的许多领域，随着海洋开发的不断深入，续航力大、探测范围广、能执行多种复杂任务的大型机器人需求也越来越大。主要用于海洋石油开发、海底管道光缆巡查检修以及其他各种复杂任务。为了使机器人能更好的完成指定任务，水下机器人的运动性能预报就成为了一个重要的研究课题。[1] 3）油井故障探恻机器人 探测仪器的送进是油田上测井、修井等井下作业中的一项重要技术。[3] 4) 履带式井下探测机器人 中国作为世界产煤大国，也是世界煤矿事故高发国家，需要非常重视煤矿生产的安全。这种探测机器人可在灾害发生前对隐患进行准确及时的检测与预防，灾后进行施救等重要的危险任务。[5] 关于探测机器人应用范围比我们想象的要广泛的多，在军事方面，已经研究出了反坦克雷探测机器人；还有医学探测机器人等。 2006年，中国政府制定的《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》和《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》，将发展航天事业置于重要地位。根据上述两个规划纲要，中国政府制定了新的航天事业发展规划，明确了未来五年及稍长一段时期的发展目标和主要任务。按照这一发展规划，国家将启动并继续实施载人航天、月球探测、高分辨率对地观测系统、新一代运载火箭等重大航天科技工程，以及一批重点领域的优先项目，加强基础研究，超前部署和发展航天领域的若干前沿技术，加快航天科技的进步和创新。要发展航空事业，对月球进行探索，那么研究设计探测机器人是必不可少的过程。 2.课题的研究现状及发展趋势 1）在行星探测机器人的研制方面，美国和俄罗斯处于世界领先地位。从20世纪60年代开始，美、苏向月球以及金、火、水、木、土等星球发射了许多探测器。格林威治时间1997年7月4日17时07分，美国国家航空航天局困ASA)发射的火星探路者号宇宙飞船成功地在火星表面着陆。探路者登陆器上带有各种仪器及“索杰纳”火星车团。这是上世纪自动化技术最高成就之一。[6] 日本对机器人的设计也处于领先地位。日本京都大学科研人员已经开发出一种新型机器人,能在强烈地震发生后到废墟中探测被埋人员。还专门进行了实用演示。这种机器人外表象是一条粗大的节足昆虫,长1·43 m,由7节组成,有人的小腿一般粗细,每节周身都缠满纵向履带。它可以在遥控下从瓦砾的夹缝中蜿蜒穿行,装在头部的摄像机镜头会随时传输观察到的影像和搜集到的声音,从而供控制者判断里面是否有需要救助的存活人员。 未来的空间探测任务要求机器人系统能够在预先未知或非结构化的环境中执行变化的任务，机器人移动平台应具备良好的几何通过性、越障性、抗倾覆性、行驶平顺性、牵引控制特性和能耗特性。基于不同的原理和性能侧重点，国内外提出并试验了多种类型的空间探测机器人移动机构。 2）探测机器人移动系统的发展趋势如下: (1)轮腿式，履腿式等复合型结构的移动机器人是一个研制方向. (2)由于航天器技术、尺寸、质量和费用的限制,微小型行星探测机器人是目前发展的主流. (3)由于通信时延和微重力作用的缘故,中低速移动机器人是研制的主流. (4)机械结构设计与控制方案相结合是研制灵活可靠的行星探测机器人的设计方向.[6] 3）设计探测机器人所面临的问题 尽管国内外已经研制出了轮式、腿式、轮腿式、履带式和其它特殊形式的移动机器人,但到目前为止,无论国内还是国外,同时具备以下性能的移动机器人还没有出现:(1)能跨越大于轮子直径的壕沟和高于轮子半径的台阶;(2机器人陷入软土壤中时,能自动脱离软土壤区,恢复正常的行驶能力;(3)整机的可密