- 11月 22, 2024
自人類發(fā)現(xiàn)第一臺望遠鏡以來,火星就一直令人類著迷。人類之所以對火星如此著迷,是因為希望這顆紅色星球能夠孕育生命。帶著這一希望,美國國家航空航天局(NASA)于 20 世紀 60 年代駕駛水手 4 號(Mariner 4)飛船飛越火星,開始借助機器人航天器探索火星。
美國、當時的蘇聯(lián)和歐洲航天局也進行了其他探索。然而,美國國家航空航天局在 2003 年取得了驚人的成功,其名為 “精神號 ”和 “機遇號 ”的雙火星探測車成功登陸火星。這次成功推動了 “堅毅 ”號火星探測器的 “火星 2020 ”任務。
那什么是火星探測車,它由哪些部件組成。此外,本文還會分享一個關于火星車機械臂零件的加工案例。請繼續(xù)閱讀!
什么是火星探測車?
火星探測車是為探索星球而設計的機器人車輛,該機器擁有多種高科技小工具,包括照相機、顯微成像儀、伽馬射線、紅外線和阿爾法粒子光譜儀以及巖石研磨工具等。
它的主要目的是研究火星表面的物理和化學成分,為此,火星車主要對著陸區(qū)周圍的土壤、塵埃和巖石進行采集和分析。
火星車的組成部分
火星車是一個由許多組件協(xié)同工作的工具,其組件包括:
1. 車身
車身是圍住火星車內(nèi)部和處理系統(tǒng)的結構,非常堅固。它有一個設備甲板,用于放置桅桿和相機。
2. 大腦
這是火星車的計算機模塊,它也叫做計算元件。為了防止任務失敗,火星車內(nèi)部始終有兩個計算元件。
火星車大腦的功能與人腦類似,它始終檢查系統(tǒng)以確保溫度穩(wěn)定,并定時進行相應調(diào)整。它還會記錄火星車一天中產(chǎn)生和儲存的電能,同時安排新活動的開始和完成。
3. 攝像頭
這些攝像頭就像火星車的感官和眼睛,當火星車最后降落到火星表面時,進入、下降和著陸相機會錄制視頻。這些相機提供的數(shù)據(jù)包括:
- 探測器著陸時發(fā)生的情況;
- 探測器著陸時在著陸區(qū)的確切位置;
- 著陸前著陸區(qū)的鳥瞰圖;
另一方面,工程相機提供了火星車周圍地形的許多詳細信息。這些相機具有多種功能,包括測量火星車周圍的地面以方便安全駕駛、支持樣本采集以及監(jiān)測火星車硬件狀態(tài)。
4. “耳朵”
火星車的耳朵由兩個麥克風組成,可以讓科學家聆聽火星的聲音?;鹦擒嚿嫌袃煞N類型的麥克風: 超級攝像頭和 EDL 麥克風。
5. 腳和輪子
火星車有六個輪子,每個車輪都有電機。此外,前輪和后輪還裝有轉向電機,可以讓火星車在原地 360 度旋轉,還能做其他動作。
6. 機械臂
火星車還擁有一條 7 英尺長的機械臂,肩部、肘部和腕部都具有最大限度的伸展性和靈活性。有了這個機械臂,火星車可以像地質(zhì)學家一樣工作。
漫游者機械臂部件的可制造性審查
可制造設計(也稱為DFM)有助于優(yōu)化零件生產(chǎn)。在制造零件之前進行 DFM 分析,可以在投入資源進行加工之前,更容易地發(fā)現(xiàn)制造技術或流程中存在的問題。從長遠來看,這有助于節(jié)約成本,同時確保產(chǎn)品零件的質(zhì)量。
在這里,我們將分享一款火星車的機械臂零件 的DFM。但由于保密協(xié)議的原因,我們在本節(jié)中僅展示該項目中的的典型示例。
以下是火星車機械臂典型零件的可制造設計。
垂直度
上圖描述的是使用線切割技術加工的機械臂零件。由于使用了這種工藝,線切割表面的垂直度公差是一個重要的考慮因素。垂直度是一種尺寸公差,與兩個表面之間的角度有關。在實際生產(chǎn)中,上述機械臂零件部分的垂直度只能為 0.02。這是因為在使用線切割技術時會產(chǎn)生一些變形,從而導致輕微的偏差。
壁厚
零件的壁厚是設計部件時需要考慮的一個重要因素,因為它將決定部件的整體強度、剛度和耐用性。此外,適當?shù)谋诤襁€有助于確保部件的安全性,使其能夠承受重負荷而不會變形。
在加工上述零件時,最好將其厚度增加到 0.7 毫米。在上圖中,箭頭所指的區(qū)域太薄,設計厚度僅為 0.1 毫米,可能會導致壁面容易破裂。
材料規(guī)格
鋁 7075 是強度最高的鋁合金之一,非常適合高應力應用,是此款加工機器人手臂零件的理想材料。
后處理選項
對于本案例中需要進行表面處理的零件,建議采用 II 型鋁陽極氧化工藝。這是一種將鋁浸沒在硫酸中的工藝,可在材料表面和內(nèi)部形成氧化鋁層,而且這層氧化鋁具有很好的電絕緣性。
此外,這種表面處理通常比其他類型的氧化層更厚。由于火星的環(huán)境條件十分惡劣,這使得它更能保護金屬免受腐蝕。
加工探測車機械臂零件的挑戰(zhàn)
火星上的環(huán)境條件與地球上截然不同,它的環(huán)境條件比較惡劣,每天的溫度變化高達 100 攝氏度。因此在設計火星車部件時,工程師們必須考慮到外部條件的差異。
高精度和高公差
火星車是一個擁有眾多部件的復雜機器人,設計具有嚴格公差的部件是一項挑戰(zhàn)。然而,無論部件大小如何,它的零件都需要高精度和高公差,以實現(xiàn)良好的功能。因此,工程師必須需要采用不同的加工技術才能實現(xiàn)這一目標。
環(huán)境條件的差異
火星的環(huán)境條件比地球更為惡劣。極地夜晚的溫度為零下195°C,赤道白天的溫度為27°C,對任何事物來說都是一個極端的地方?;鹦堑拇髿鈱颖鹊厍蛳”〉枚?,只有海平面大氣壓的 1%。
此外,火星的全球平均反照率為 0.25,這意味著火星吸收了大約 75% 的光照,這進一步導致了火星的極端溫度。
因此,火星車的所有部件都必須能夠承受嚴酷的環(huán)境。制造商需要充分考慮各部件的使用場景、材料、加工工藝、后處理方法和組裝,以制定嚴格的標準。
零件屬性
火星車部件具有不同的屬性以實現(xiàn)特定的功能。有些部件需要導電,有些則是絕緣體。這就對后處理工藝提出了挑戰(zhàn)。
復雜性和檢測要求
火星車的零件很復雜,因為每個零件都有其精度要求。但是,無論精度報告測試耗費多少時間,工程師都需要提供每個零件質(zhì)量的詳細數(shù)據(jù)。
加工案例分析:探測車機械臂部件
主要材料:鋁 7075
這種材料常用于航空航天領域,具有相當高的疲勞強度。它是強度最高的鋁合金之一,其強度可與多種鋼材媲美。除強度外,這種合金還具有良好的延展性,因此非常適合高應力結構應用,如機械臂。
工藝: CNC銑削、線割等
通過數(shù)控銑削和線切割,火星車機械臂上的零件具有很高的尺寸精度。這是因為,在制造復雜形狀和圖案的同時,這種加工工藝還能制造出精度高、表面質(zhì)感好的零件。
表面處理: 陽極氧化
選擇陽極氧化處理作為火星車機械臂的表面處理并不是錯誤的選擇,因為這種表面處理可以提高其耐腐蝕性。此外,經(jīng)過這種處理,不會有粉化的風險,因為粉化可能會將異物帶入火星,影響在進行的分析結果。
為您的機器人項目選擇韋克
您正在為您的機器人項目尋找零件制造公司嗎?韋克是CNC加工領域的專家,可提供一站式的加工服務,包括銑削和車削,我們還提供鉆孔、攻絲、打火花、線切割服務和其他加工工藝,為您的機器人項目生產(chǎn)高精度加工零件。憑借 ISO 9001 認證的生產(chǎn)流程和專業(yè)的 DFM,我們可以生產(chǎn)符合不同加工需求的零件。今天就聯(lián)系我們,開始您的項目!