- 11月 22, 2024
自人类发现第一台望远镜以来，火星就一直令人类着迷。人类之所以对火星如此着迷，是因为希望这颗红色星球能够孕育生命。带着这一希望，美国国家航空航天局（NASA）于 20 世纪 60 年代驾驶水手 4 号（Mariner 4）飞船飞越火星，开始借助机器人航天器探索火星。
美国、当时的苏联和欧洲航天局也进行了其他探索。然而，美国国家航空航天局在 2003 年取得了惊人的成功，其名为 “精神号 ”和 “机遇号 ”的双火星探测车成功登陆火星。这次成功推动了 “坚毅 ”号火星探测器的 “火星 2020 ”任务。
那什么是火星探测车，它由哪些部件组成。此外，本文还会分享一个关于火星车机械臂零件的加工案例。请继续阅读！
什么是火星探测车？
火星探测车是为探索星球而设计的机器人车辆，该机器拥有多种高科技小工具，包括照相机、显微成像仪、伽马射线、红外线和阿尔法粒子光谱仪以及岩石研磨工具等。
它的主要目的是研究火星表面的物理和化学成分，为此，火星车主要对着陆区周围的土壤、尘埃和岩石进行采集和分析。
火星车的组成部分
火星车是一个由许多组件协同工作的工具，其组件包括：
1. 车身
车身是围住火星车内部和处理系统的结构，非常坚固。它有一个设备甲板，用于放置桅杆和相机。
2. 大脑
这是火星车的计算机模块，它也叫做计算元件。为了防止任务失败，火星车内部始终有两个计算元件。
火星车大脑的功能与人脑类似，它始终检查系统以确保温度稳定，并定时进行相应调整。它还会记录火星车一天中产生和储存的电能，同时安排新活动的开始和完成。
3. 摄像头
这些摄像头就像火星车的感官和眼睛，当火星车最后降落到火星表面时，进入、下降和着陆相机会录制视频。这些相机提供的数据包括：
- 探测器着陆时发生的情况；
- 探测器着陆时在着陆区的确切位置；
- 着陆前着陆区的鸟瞰图；
另一方面，工程相机提供了火星车周围地形的许多详细信息。这些相机具有多种功能，包括测量火星车周围的地面以方便安全驾驶、支持样本采集以及监测火星车硬件状态。
4. “耳朵”
火星车的耳朵由两个麦克风组成，可以让科学家聆听火星的声音。火星车上有两种类型的麦克风： 超级摄像头和 EDL 麦克风。
5. 脚和轮子
火星车有六个轮子，每个车轮都有电机。此外，前轮和后轮还装有转向电机，可以让火星车在原地 360 度旋转，还能做其他动作。
6. 机械臂
火星车还拥有一条 7 英尺长的机械臂，肩部、肘部和腕部都具有最大限度的伸展性和灵活性。有了这个机械臂，火星车可以像地质学家一样工作。
漫游者机械臂部件的可制造性审查
可制造设计（也称为DFM）有助于优化零件生产。在制造零件之前进行 DFM 分析，可以在投入资源进行加工之前，更容易地发现制造技术或流程中存在的问题。从长远来看，这有助于节约成本，同时确保产品零件的质量。
在这里，我们将分享一款火星车的机械臂零件 的DFM。但由于保密协议的原因，我们在本节中仅展示该项目中的的典型示例。
以下是火星车机械臂典型零件的可制造设计。
垂直度
上图描述的是使用线切割技术加工的机械臂零件。由于使用了这种工艺，线切割表面的垂直度公差是一个重要的考虑因素。垂直度是一种尺寸公差，与两个表面之间的角度有关。在实际生产中，上述机械臂零件部分的垂直度只能为 0.02。这是因为在使用线切割技术时会产生一些变形，从而导致轻微的偏差。
壁厚
零件的壁厚是设计部件时需要考虑的一个重要因素，因为它将决定部件的整体强度、刚度和耐用性。此外，适当的壁厚还有助于确保部件的安全性，使其能够承受重负荷而不会变形。
在加工上述零件时，最好将其厚度增加到 0.7 毫米。在上图中，箭头所指的区域太薄，设计厚度仅为 0.1 毫米，可能会导致壁面容易破裂。
材料规格
铝 7075 是强度最高的铝合金之一，非常适合高应力应用，是此款加工机器人手臂零件的理想材料。
后处理选项
对于本案例中需要进行表面处理的零件，建议采用 II 型铝阳极氧化工艺。这是一种将铝浸没在硫酸中的工艺，可在材料表面和内部形成氧化铝层，而且这层氧化铝具有很好的电绝缘性。
此外，这种表面处理通常比其他类型的氧化层更厚。由于火星的环境条件十分恶劣，这使得它更能保护金属免受腐蚀。
加工探测车机械臂零件的挑战
火星上的环境条件与地球上截然不同，它的环境条件比较恶劣，每天的温度变化高达 100 摄氏度。因此在设计火星车部件时，工程师们必须考虑到外部条件的差异。
高精度和高公差
火星车是一个拥有众多部件的复杂机器人，设计具有严格公差的部件是一项挑战。然而，无论部件大小如何，它的零件都需要高精度和高公差，以实现良好的功能。因此，工程师必须需要采用不同的加工技术才能实现这一目标。
环境条件的差异
火星的环境条件比地球更为恶劣。极地夜晚的温度为零下195°C，赤道白天的温度为27°C，对任何事物来说都是一个极端的地方。火星的大气层比地球稀薄得多，只有海平面大气压的 1%。
此外，火星的全球平均反照率为 0.25，这意味着火星吸收了大约 75% 的光照，这进一步导致了火星的极端温度。
因此，火星车的所有部件都必须能够承受严酷的环境。制造商需要充分考虑各部件的使用场景、材料、加工工艺、后处理方法和组装，以制定严格的标准。
零件属性
火星车部件具有不同的属性以实现特定的功能。有些部件需要导电，有些则是绝缘体。这就对后处理工艺提出了挑战。
复杂性和检测要求
火星车的零件很复杂，因为每个零件都有其精度要求。但是，无论精度报告测试耗费多少时间，工程师都需要提供每个零件质量的详细数据。
加工案例分析：探测车机械臂部件
主要材料：铝 7075
这种材料常用于航空航天领域，具有相当高的疲劳强度。它是强度最高的铝合金之一，其强度可与多种钢材媲美。除强度外，这种合金还具有良好的延展性，因此非常适合高应力结构应用，如机械臂。
工艺： CNC铣削、线割等
通过数控铣削和线切割，火星车机械臂上的零件具有很高的尺寸精度。这是因为，在制造复杂形状和图案的同时，这种加工工艺还能制造出精度高、表面质感好的零件。
表面处理： 阳极氧化
选择阳极氧化处理作为火星车机械臂的表面处理并不是错误的选择，因为这种表面处理可以提高其耐腐蚀性。此外，经过这种处理，不会有粉化的风险，因为粉化可能会将异物带入火星，影响在进行的分析结果。
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