面向太空探测足式机器人夹爪的颗粒材料陷入研究

轮式探测车因其速度和效率一直是月球探测的首选。然而，月球洞穴和陨石坑等更深区域需要足式机器人的机动性。为此，必须设计合适的末端执行器以实现月球颗粒表面的攀爬和行走。本文研究了足式机器人在软土上行走时，欠驱动软夹爪在可变形颗粒材料上的行为。开发了模块化测试台和仿真模型，以在载荷下观察夹爪的陷入行为。夹爪采用肌腱驱动手指以匹配目标形状，并利用多个微刺抓取目标表面。通过将夹爪的轴向位移与机器人质量的名义载荷进行比较，测量了夹爪在石英砂中的陷入量。进行了多组实验，观察不同坡度角下夹爪的陷入情况。利用 Altair MotionSolve 软件创建了考虑夹爪手指顺应自由度的仿真模型，并与 Altair EDEM 耦合，利用离散单元法计算夹爪与颗粒的相互作用。模型验证后，进行了采用月球重力和月壤颗粒模型的补充仿真。结果表明，利用 Altair 仿真套件可创建具有精准运动自由度的夹爪仿真模型，并可用该模型估算颗粒填充环境下载荷作用下的预期陷入量。通过计算足式机器人末端执行器的陷入量，结果可直接集成到运动控制算法中，提高在颗粒材料环境中的机动精度。