哈工大目前已经研制出“远征”一号深空探测器，以及3种月球探测车[3]。其中的六轮摇臂转向式设计是仿造美国JPL/NASA的产品Sojourner（索杰纳）。早在1985年，上海交通大学就成立了机器人研究所。自1997起，该研究所就开始月球车及其关键技术的探索研究，取得了非常不错的成果，先后制作了6辆不同结构的月球探测车。近日，为了加速月球车的研究工作，上海交通大学又启动了一项“吴刚计划”。可见车载机械臂技术在空间应用方面具有广阔的前景。采用机械臂携带一定的有效载荷来完成行星表面的科学目标的探测是国内外研究和应用的热点。其中，开发和设计一套适合空间环境的、轻质重载的机械臂作业系统是设计难点。

在机械结构方面，关节型机器臂占主要位置，适应于窄小空间、快节奏、全工作空间范围的垂直关机型机械臂大量使用；在控制技术方面，大多采用32位CPU,控制轴数可以从几轴到上百轴，NC技术、离线编程大量采用。协调控制技术日趋成熟，基于PC开放结构的控制系统已经成为潮流；在驱动技术方面，AC伺服驱动已成主流，伺服电机与基于微处理器的智能伺服控制器相结合开放使用。在远程控制中已采用了分步式智能驱动；在通讯网络方面，多采用Ether net网络通讯方式。在月球上工作的机械臂受各方面条件的约束其要求尤为苛刻。一方面为了保证月球车正常工作，机械臂的重量和尺寸受到严格控制。另一方面，机械臂要携带有效载荷在月球表面进行探测作业，机械臂的负载能力必须满足有有效载荷的要求。因此，要采用分析、优化等结构设计技术，使机械臂在自身质量轻的同时具有最大负载能力。

1.3 研究目的和意义

机器人作为最近几年迅速发展起来的，最典型的机电一体化产品，被人类运用在生活、工作的各个方面，其中小型化的、轻量化和多功能的登月机器人，在航空航天上极具应用和研究价值。正是这个原因，本文设计和研究安装在登月机器人上的一个轻型的四自由度机械臂,源<自.751>文/论?文+网[www.751com.cn。机械臂能够完成就位探测有效仪器的放置、定位、操作及撤离等操作。机械臂作为月球车的上的重要组成部分，对顺利完成月球车就位探测至关重要。

本选题在研究了国内外众多机器臂的基础上，根据项目要求设计的机械臂的整体方案和相关机械结构，选定机械臂为四自由度关节包括横摇关节和腕部关节。机械臂采用微型直流电机驱动，行星齿轮减速和谐波减速器二级减速。

1.4 本章小结

车载机械臂系统的迅速发展，在个领域的广泛应用，对车载机械臂的设计提出更高的要求。机械臂的整体设计和机械结构是否合理，其控制性能是否能满足工作要求。本文从这些问题出发，在机械人学、自动控制原理、机械设计等多方面理论知识的支撑下，对机械臂控制系统进行总体方案设计。