基于月面環(huán)境的采礦機(jī)器人

作者闡述：該設(shè)計(jì)為月球環(huán)境下的采礦機(jī)器人，其設(shè)計(jì)定位在于解決能源危機(jī)，進(jìn)行資源儲(chǔ)備及月表基地開(kāi)發(fā)建設(shè)的物質(zhì)供給。該機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)月面礦石資源勘探與開(kāi)采，機(jī)械臂自主變化形態(tài)以及光電轉(zhuǎn)換等。其雙機(jī)械臂相互配合工作，通過(guò)基座進(jìn)行全方位旋轉(zhuǎn)，螺旋鉆頭可以鉆開(kāi)大塊礦石，破碎斗挖取并通過(guò)末端破碎結(jié)構(gòu)將礦石粉碎，通過(guò)前端履帶傳送至后部車(chē)廂，最終返回月球基地進(jìn)行礦物卸載，實(shí)現(xiàn)完整的運(yùn)輸流程。采礦車(chē)上配有導(dǎo)航相機(jī)、全景相機(jī)和多光譜相機(jī)，可以智能識(shí)別月球表面的復(fù)雜地貌，探測(cè)月表石塊，識(shí)別巖石中的化學(xué)物質(zhì)。其整體設(shè)計(jì)采用灰色與黃色搭配，增加了視覺(jué)沖擊，獨(dú)具科技感與現(xiàn)代感。造型強(qiáng)調(diào)線條與幾何感，局部造型凸顯靈活與穩(wěn)重，不失動(dòng)感。

導(dǎo)師點(diǎn)評(píng)：該設(shè)計(jì)為一款基于“發(fā)現(xiàn)·營(yíng)造”主題的面向太空的未來(lái)智能型產(chǎn)品，主要面對(duì)的人群為著眼于未來(lái)人類(lèi)發(fā)展需求和能源危機(jī)而進(jìn)行太空探索和研究的科研團(tuán)隊(duì)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口增長(zhǎng)，能源消耗量也在不斷增加，人類(lèi)使用的不可再生化石能源和稀土金屬是有限的，終會(huì)面對(duì)嚴(yán)重的能源危機(jī)。月球礦產(chǎn)資源具有廣闊的開(kāi)發(fā)利用前景，可以作為地球儲(chǔ)備和補(bǔ)充資源，解決地球能源枯竭和環(huán)境破壞問(wèn)題。此外，可以使月球資源替代地球輸送材料，作為月球基地建設(shè)與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，并以月球?yàn)榛菊归_(kāi)持續(xù)的太空探索。

作為基于月球環(huán)境下的采礦機(jī)器人設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)定位在于為解決能源危機(jī)，進(jìn)行資源儲(chǔ)備及月表基地開(kāi)發(fā)建設(shè)的物質(zhì)供給，實(shí)現(xiàn)月面勘探及采礦等任務(wù)。在滿足基本行進(jìn)功能，規(guī)避障礙等基礎(chǔ)功能的前提下，該機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)月面礦石開(kāi)采，礦石資源勘探，機(jī)械臂自主變化形態(tài)和光電轉(zhuǎn)換等。

該采礦機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要分為車(chē)體結(jié)構(gòu)、機(jī)械臂結(jié)構(gòu)、輪胎結(jié)構(gòu)和傳送結(jié)構(gòu)。車(chē)體結(jié)構(gòu)中車(chē)頭部分支撐機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)采礦作業(yè)，車(chē)廂分為內(nèi)車(chē)廂和外車(chē)廂。礦石容量達(dá)標(biāo)時(shí)，可返回月球基地進(jìn)行內(nèi)車(chē)廂的卸載；機(jī)械臂結(jié)構(gòu)采用雙機(jī)械臂配合實(shí)現(xiàn)開(kāi)采工作；輪胎結(jié)構(gòu)采用輪式和履帶式車(chē)輪相結(jié)合。前端為輪式輪胎，行駛阻力小，機(jī)動(dòng)性能優(yōu)良；中間和后端采用履帶式車(chē)輪，爬坡和越障能力強(qiáng)，穩(wěn)定性能高。輪胎具有可伸縮軸承結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)伸縮旋轉(zhuǎn)達(dá)到不同高度；傳送結(jié)構(gòu)為履帶傳送裝置，履帶通過(guò)車(chē)頭內(nèi)部和車(chē)身連接處到達(dá)內(nèi)車(chē)廂，實(shí)現(xiàn)礦石的運(yùn)輸流程。

由于月面環(huán)境的特殊性，受其超真空、熱輻射、大溫差、微隕石轟擊等嚴(yán)峻條件的影響，采礦機(jī)器人的材質(zhì)具有一定的特殊性。月球極晝環(huán)境下溫度可達(dá)120℃，金屬輪胎強(qiáng)度大，堅(jiān)硬且承載力強(qiáng)，可以抵抗微隕石的沖撞；車(chē)身材質(zhì)采用鋁基復(fù)合材料，高強(qiáng)度且耐高溫，抗輻射；多層隔熱材料MLI覆蓋于車(chē)體儀器和太陽(yáng)翼表面，具有優(yōu)異的機(jī)械性能，突出的耐腐蝕性，抗壓強(qiáng)度高，可適用于月面的極端溫度差和熱輻射，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)體的隔熱保護(hù)。

該采礦機(jī)器人通過(guò)自主感知技術(shù)，自主操控技術(shù)，智能傳感技術(shù)和地外巡視探測(cè)自主能力實(shí)現(xiàn)采礦作業(yè)。月面采礦機(jī)器人可以通過(guò)全景相機(jī)，導(dǎo)航相機(jī)，多光譜相機(jī)等的共同作用實(shí)現(xiàn)自主探測(cè)，包括月面地形環(huán)境，月表石塊，巖石中的化學(xué)物質(zhì)等。自主操控技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)采礦車(chē)遠(yuǎn)距離靜態(tài)規(guī)劃，自主動(dòng)態(tài)避障路徑規(guī)劃，局部路徑規(guī)劃及移動(dòng)控制等，以及對(duì)機(jī)械臂的作業(yè)操控。