第二章 机械臂整体机械结构设计 4

2.1 机械臂机构设计 4

2.2 三种电机方案的选择 5

2.2.1 采用步进电动机传动控制系统 5

2.2.2 采用交流伺服电动机传动控制系统 6

2.2.3 采用直流伺服电动机传动控制系统 7

2.3电机的力矩校核 8

第三章 机械系统建模与仿真 11

3.1 SimMechanics软件的简介 11

3.2 机械臂运动仿真模型的建立 13

3.2.1 物理模型的建立 13

第四章 机械臂的控制系统 17

4.1 采用EMAC-200多轴运动控制器 17

4.1.1 EMAC-200运动控制器的优点 17

4.1.2 独立式的EMAC-200运动控制器的构成 17

4.1.3独立式的EMAC-200运动控制器技术参数 18

4.2 使用Pro-Motion调速的人机界面 19

第五章 机械臂的驱动设计 21

5.1 电机驱动控制设计 21

   5.1.1电机驱动芯片LMD18200原理及应用 21

   5.1.2 驱动器电路设计 25

5.2传感器的选择 26

5.3 机械臂电气原理图 29

结 论 33

致 谢 34

参考文献 35

第一章 绪论

1.1 研究背景

我国月球探测而二期工程的科学目标之一是月球表面物质成分探测和研究。要完成这个科学目标，要求月球车携带一些能完成就位探测的有效载荷，机械臂就是一种能携带这些有效载荷完成就位探测任务的有效装置。机械臂能够完成就位探测有效仪器的放置、定位、操作撤离等操作，通过机械臂操作就位仪器就能够完成月球土壤成分分析、月球岩石分析等科学目标，此为机械臂还可以简化科学仪器的设计。机械臂子系统是月球车的一个重要组成部分，对顺利完成月球车就位探测任务至关重要。

虽然我国在探月/行星探测车方面的研发水平和其他一些发达国家相比还存在一定的差距，但经过多年的努力，我国在技术研发及实际生产方面已经取得了长足的进步，并预计在2012年实现月球软着陆器携带月球车成功着陆的目标[1]。2003年，我国正式启动月球探测计划--嫦娥工程。同时国家863项目也积极开展国际合作的研究课题，全面促进我国在月球能源及环境方面的探测和探月/行星探测车的研发水平。目前，有多所大学的机器人研究所或相关实验室在进行此项目的研发工作。

1.2 现代机械臂的发展状况

在行星表面探测作业时，机械臂作为操作科学仪器的一种有效载体，被国内外众多机构研究，并广泛应用于星球探测作业中。美国、日本、俄罗斯、欧空局等国家和机构都在不同时期采用漫游车搭载机械臂进行行星表面的探测。

Rocky7是美国L于1997年开发的一种漫游车。它配备的机械臂是一个2自由度的轻型化机械臂[2]。该机械臂携带了一个2自由度的铲子机构，用于挖掘挖掘或者运输样品。Nomad是美国NASA研制的一种月球车。它拥有一个3自由度机械臂，采用了SCARA配置，包括2个旋转关机和1个移动关节。Marsikhod是俄罗斯和ARC共同开发的一种漫游车。该车装载了一个5自由度机械臂和一个圆盘转动式工具盘，还有一个彩色相机固定在机械臂末端执行器上。我国自宣布启动嫦娥月球探测工程后，国内一些单位机构先后启动了月球车样机研制工作，包括月球车机械臂系统的研制。由中国空间技术研究院研制的一款月球车上拥有一个5自由度的机械臂子系统。该机械臂具有折叠和展开功能。中国科学院也于2006年研制了一种月球车原理样机，该样机上的机械臂采用5自由度构型，每个自由度分别由一个独立的电机及自制减速装置驱动。该机械臂具有折叠和展开功能。