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(wù)。

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(guān)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(shè)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(xué)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(jié)構(gòu)，非常堅固。它有一個設(shè)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(wù)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(yīng)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(fēng)組成，可以讓科學(xué)家聆聽火星的聲音。火星車上有兩種類型的麥克風(fēng)： 超級攝像頭和 EDL 麥克風(fēng)。

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(zhuǎn)向電機，可以讓火星車在原地 360 度旋轉(zhuǎn)，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(xué)家一樣工作。

漫游者機械臂部件的可制造性審查

可制造設(shè)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(shù)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(shè)計。

垂直度

上圖描述的是使用線切割技術(shù)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(guān)。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(shù)時會產(chǎn)生一些變形，從而導(dǎo)致輕微的偏差。

壁厚

零件的壁厚是設(shè)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(shè)計厚度僅為 0.1 毫米，可能會導(dǎo)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(yīng)力應(yīng)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(shè)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(fù)雜機器人，設(shè)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(shù)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。火星的大氣層比地球稀薄得多，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(dǎo)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(dǎo)電，有些則是絕緣體。這就對后處理工藝提出了挑戰(zhàn)。

復(fù)雜性和檢測要求

火星車的零件很復(fù)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(lǐng)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(yīng)力結(jié)構(gòu)應(yīng)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(fù)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(fēng)險，因為粉化可能會將異物帶入火星，影響在進行的分析結(jié)果。

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