4、太空机器人设计与关节机制研究

太空机器人设计与关节机制研究

1. 太空机器人尺寸设计

随着智能机器人技术的进步，空间站智能机器人在稳定运动、灵活操作以及精确传感测量等方面均有显著提升。此次聚焦于设计一款能沿空间站外部扶手移动和操作的机器人。

• 扶手与机器人基本设定 ：为宇航员在太空移动设计的扶手间距为 1 米，考虑最小直径时，宇航员服务机器人伸展执行器的总距离也需达到 1 米。服务机器人主体呈圆柱形，由三个间隔 120°且均匀分布的肢体组成，每个手臂有两个连杆和一个末端执行器。扶手结构紧凑（34.95×15.9），稳定且便于抓握。
• 尺寸设计计算 ：通过结合仿生学和机器人学，研究类人稳定运动的理论和方法，利用特定的几何优化公式确定机器人主体和连杆尺寸：
• (c = 2(R + d)\sin\alpha)
• (l′ = c)
• (l′^2 + L^2 - 2l′L\cos\theta = (R + f)^2)
  其中各参数含义如下：
  |参数|含义|
  | ---- | ---- |
  | (c) | 整个手臂的长度 |
  | (R) | 主体的半径 |
  | (d,f) | 手臂与主体连接点的距离 |
  | (\alpha) | 主体相对于水平参考系的旋转角度 |
  | (2L) | 扶手之间的距离 |
  | (l′) | 手臂连杆弦长之和 |
  | (\theta) | 手臂连杆弦长相对于水平参考系的倾斜角度 |

水平参考系指示扶手间距，起始