机器人杂志

机器人杂志2025年第6期

• 多模式月壤取芯机器人的设计及性能分析

  宋磊, 张旭, 张国庆, 高明忠, 王耀辉, 王畅

  现有的月壤采样机具工作模式单一，难以适应月表多样的地质条件。为此，本文创新设计了多模式月壤取芯机器人，集成直插式、冲击贯入式、单旋转式和旋转冲击式4种取芯模式，并能根据月表地质条件自由切换。首先，对机器人整体结构进行设计布局，再分析和优化冲击、旋转、取芯、升降和活动夹持等单元，最后开展各取芯模式的性能实验。结果显示，该机器人可自由切换4种模式；冲击贯入模式下取芯率随冲击频率先升后降，15 Hz为最优频率；单旋转模式下取芯率随转速提升先升高后平缓，且对模拟月壤样本层理结构破坏较大；旋转冲击模式在提升取芯率、缩短取芯时间、降低反扭矩方面优势显著。本文的月壤取芯机器人的环境适应性良好，可为月球取芯机器人设计提供参考。

• 小天体探测机器人表面附着装置设计与验证

  曾磊, 赵志军, 曾福明, 王琨, 贾山, 全齐全, 刘鑫, 满剑锋

  由于小天体的引力微弱、地质形貌特征复杂，因此附着固定成为探测器开展探测任务的重要前提。为此，提出了一种多足趾爪刺固定的星表附着装置，并安装在探测机器人的末端。该装置各足趾之间运动独立，通过足趾尖刺钩挂小天体表面实现固定，通过多足趾共同作用提供锚固力。经分析及地面试验，验证了该固定装置对多种地形的适应能力，可为小天体探测机器人的表面附着与固定提供设计借鉴和工程参考。

• 旋翼式星表探测六杆张拉整体机器人非线性力学建模及碰撞仿真分析

  刘瑞伟, 沈轩著, 陈心玥, 王腾飞, 肖冰瀛, 梁裕坚, 苏满佳

  针对星表环境中旋翼式机器人因碰撞导致螺旋桨损坏的问题，提出一种基于六杆张拉整体结构的防碰撞旋翼式机器人构形。通过构建节点矩阵、连接矩阵及向量矩阵，建立六杆张拉整体结构的数学模型，并采用基于平衡矩阵与非线性有限元理论的求解方法进行力学分析。借助HyperMesh软件对简化的3维模型进行网格划分，将3维网格模型导入ABAQUS软件开展不同跌落与飞行速度下的碰撞仿真，以结构干涉及变形程度为评价准则验证其防碰撞性能。仿真结果表明，该机器人在发生跌落时，以闭合三角面接触土卫六表面，可以承受高达23.7 m的最大跌落高度，其螺旋桨设计能够确保在此过程中免受损坏。在旋翼杆遭遇碰撞的情况下，该结构能够承受7 m/s的冲击速度。最终，通过搭建样机并进行静态与动态载荷测试，进一步验证了所提构形的有效性。综上，本研究中的旋翼式机器人防碰撞能力覆盖了正常着陆操作中可能遇到的意外情况，为星表探测任务中的机器人安全性与可靠性提供了创新性的技术解决方案。

• 星表规模化资源采集机器人研究进展及发展趋势

  张涛, 张广飞, 赵曾, 刘昊洋, 孙启臣, 赖小明, 徐坤, 丁希仑

  地外资源采集不仅有助于缓解地球矿产资源枯竭的压力，还能显著降低从地球运输物资的成本与风险，为长期驻留和深空探测任务提供关键支持。本文聚焦于规模化地外资源采集机器人的研究进展。首先，分析了地外天体资源的种类及其利用前景，并系统回顾了以往太空任务中的小规模月壤采集机器人、当前研究的规模化资源采集机器人，以及地面采矿设备的相关技术。然后，探讨了行星环境约束、地面技术限制、遥远距离限制及法律与道德因素对资源采集的挑战。其次，详细阐述了规模化资源采集机器人从概念设计到原型开发的关键技术，包括设计与制造、工艺处理与方法、自主控制、能源系统设计及地面测试。最后，展望了规模化资源采集机器人的未来发展趋势，包括资源采集多样化、资源采集智能化、多机器人协作采集及采集与建造一体化，并据此提出了未来发展的3个阶段。

• 面向地外复杂地形的足式星球探测机器人综述

  訾佩锦, 栗琪凯, 秦日鹏, 陈佳伟, 张涛, 徐坤, 丁希仑

  随着深空探测任务的不断拓展，地外复杂地形对探测机器人的性能提出更高要求，足式机器人因卓越的地形适应性和机动灵活性，逐渐成为星球探测领域的研究热点。本文综述了面向地外复杂地形和环境的足式星球探测机器人的研究现状；对“一机多能”的设计需求、在复杂星表环境的适应性与可靠性、能源供应与管理、环境感知与建模等方面的挑战进行了分析，重点介绍和分析了足式星球探测机器人的机构与机械设计方法、全身协调控制方法、感知与定位方法等关键技术研究进展；探讨了不同构形和方法的优缺点，以及在实际探测任务中可能存在的问题，展望了未来研究方向和应用前景，以期为星球探测机器人领域的进一步发展提供参考。

• 面向星表探测的球形机器人研究进展

  金禹锟, 郑重, 杨飞, 岳洪浩, 陆一凡

  球形机器人在星表探测等深空探测任务中展现出极大的潜力。本文首先从球壳结构特点的角度对球形机器人的构形进行介绍。然后将球形机器人的驱动方式分为滚动驱动、跳跃驱动、飞行驱动和混合驱动4个类别，介绍并归纳总结了各驱动方式的具体方法和原理。之后对球形机器人的关键技术进行介绍，为球形机器人在星表探测的应用提供参考。最后对面向星表探测的球形机器人的研究进展进行总结，对未来发展趋势进行展望。

• 小天体探测中的机器人采样技术：挑战、现状与未来展望

  张鑫, 周浩

  全面调研了小天体探测任务的科学意义，系统分析了采样任务的技术挑战和性能指标，综述国内外机器人采样任务的进展，并着重阐述了各类机器人采样器的采样理念和设计机理。进一步，考虑小天体高度不确定性的采样环境，提出了一种基于蛛网模型的定量评估方法，以评估各采样器的综合采样能力。最后，充分剖析了前期小天体采样任务的经验教训，并探讨了未来机器人采样技术的发展方向。