43、太空轨道站管道服务机器人设计与实验及空间两连杆链的非线性动力学研究

太空轨道站管道服务机器人设计与实验及空间两连杆链的非线性动力学研究

1. 太空轨道站管道服务机器人概述

在太空轨道站中，通风管道的检查和维护对宇航员来说既困难又耗时。为解决这一问题，研究人员提出了一种新型的管道机器人——BIT管道机器人，它由三个主要部分构成，能够在直径为70 - 180mm的不同形状管道中平稳移动。

1.1 设计背景与需求

太空轨道站为宇航员提供了长期的居住环境，通风系统对于维持站内空气质量和温度恒定至关重要。因此，确保通风管道畅通无阻对宇航员的健康至关重要。然而，目前大多数管道机器人适用于重力场，而非微重力场。

通风管道的布置需根据太空轨道站的内部形状进行，为节省空间并将空气输送到不同房间，管道设计成了各种不同的横截面和形状，例如：
- 直径连续变化的管道：直径从100mm连续变化到180mm，长度为300mm。
- T形管道：直径为100mm，两条管道之间的夹角为90度。
- S形管道：直径为100mm，曲率半径为100mm。
- 管道接头：两条管道之间的距离为20mm。

通风管道内的气流速度为3 - 5m/s，管道机器人需要能够抵抗这种气流保持静止，并且能够自主移动超过30m，持续运行超过一小时，以完成对整个管道环境的监测。

1.2 BIT管道机器人设计

BIT管道机器人被设计为六个单元，整体呈蛇形结构，包括头部、腰部和尾部：
|单元编号|单元名称|功能|
| ---- | ---- | ---- |
|1|能源供应单元|提供两种能源供应方式，即电池供电和有线供电|
|2|运动传感器单元|由