缓冲/行走一体化着陆器运动学研究与步态规划

针对未来深空探测领域载人登陆、星表物资转运和基地建设等任务需求,提出了一种缓冲/行走一体化六足着陆器,并进行了步态规划和仿真校验。首先介绍了着陆器构型和驱动/吸能集成式缓冲器功能实现;其次,建立了UP+2UPS三自由度悬臂式腿足机构运动学模型,推导了以UP为主运动链的逆运动学,以及由UP主链旋转运动向2UPS支链伸缩运动的映射,并分析了其工作空间;第三,设计了行走与转弯步态,推导了足端迈步轨迹与各主动驱动关节伸缩轨迹之间的对应关系;最后,建立了该着陆器的虚拟样机模型,校验了腿足机构运动平稳性和着陆器步态行走稳定性。结果表明：所提出的着陆器腿足机构运动平稳,行走过程中本体无较大起伏和偏移、步态稳定裕度高,可为未来开展非确知复杂星表环境下的稳定着陆、移动探测、物资运输、基地建设等任务提供一种可行的装备方案。     

空间大型星载抛物面天线研究进展

抛物面天线作为星载天线的重要组成部分,在深空探测、移动通信、国防事业、气象监测等方面均具有广泛应用,近年来随着上述学科的快速发展,抛物面天线的研究也越来越受到人们的重视。针对空间大型星载抛物面天线的发展与需求,首先系统地概括了国外星载抛物球面天线的发展现状,综述了刚性、网状以及充气式星载抛物球面天线,对各类星载抛物球面天线的结构、性能进行了较为详细的描述和分析,对国内在该领域的部分研究成果进行了简述。然后梳理了星载抛物柱面天线的发展,对国内外具有代表性的抛物柱面天线进行了介绍,对抛物球面天线和抛物柱面天线进行了参数对比与分析。接下来对近年来针对星载抛物面天线的相关技术进行了介绍。最后对星载抛物面天线的发展趋势做了简要分析与预测。     

面向小行星微重力环境探测的自恢复直立弹跳机器人设计

针对小行星微重力环境,提出了一种具有蛋形外壳,利用弹簧蓄力的并联腿弹跳机器人。该机器人无论以何种姿态落地,均可在重力矩作用下恢复直立姿态。这一设计相对于需要额外主动装置恢复直立的先前方案,节省了恢复直立所需的能耗,在结构上更为简单可靠。文中阐述了完整的机构设计方案,及相应的结构参数优化计算方法。通过的样机实验,设计方法的有效性得到验证。     

月球着陆器软着陆冲击仿真

为提高分析月球着陆器软着陆有效载荷着陆冲击响应的准确性,提出一种基于瞬态动力学的着陆器有效载荷软着陆冲击响应分析方法.根据着陆器全机结构柔性和月壤柔性对有效载荷着陆冲击响应的影响,参照某型着陆器,于MSC.PATRAN环境中建立着陆器全机柔性体模型及月壤柔性体模型,运用瞬态动力学仿真软件MSC.DYTRAN对着陆器软着陆有效载荷着陆冲击响应特性进行了仿真研究.仿真结果与试验结果具有一定的一致性.研究结果表明:使用该方法分析着陆器软着陆有效载荷的着陆冲击响应是准确有效的,能够比较逼真地模拟月球着陆器实际着陆工况.     

仿猫月球着陆缓冲机构设计与缓冲特性研究

针对现有被动式铝蜂窝月球着陆器缓冲力波动大、无法重复使用的问题,提出一种基于磁流变缓冲器的仿猫月球着陆缓冲机构。首先,开展了不同高度平台的家猫跳落实验,对其跳落着陆姿态与前/后腿触地冲量进行了分析,探究其缓冲吸能机理;实验结果表明猫后腿的缓冲吸能占比更高。其次,结合猫跳落实验与中国嫦娥系列月球着陆器参数,设计了一种新构型仿猫着陆缓冲机构,并将其与嫦娥着陆器进行了仿真分析对比。结果表明,所提出的仿猫月球着陆缓冲机构,其机体最大加速度降低了18.3%,具有更为出色的着陆性能。其前腿缓冲吸能贡献约为40%,后腿的缓冲贡献度约为60%,与家猫高台跳落实验结果基本吻合,验证了仿猫月球着陆缓冲机构设计方案的合理性。     

面向星表柔顺着陆的阻尼力可控电磁缓冲器设计

未来,载人航天、基地建设等任务要求着陆器具备柔顺落震、可重复使用、可调姿/移动等功能,基于材料塑性变形吸能机理的传统着陆器将无法满足相应要求,为此,本文提出了一种可实现着陆器星表柔顺落震和可复用、可调姿、可行走等功能的阻尼力被动可控电磁缓冲器,完成了结构设计、理论分析和仿真验证。首先,提出了一种采用电磁缓冲器作为辅助缓冲支柱的新型可复用着陆器,完成了落震动力学分析,得出了电磁缓冲器的主要性能指标和结构参数;其次,介绍了电磁缓冲器的内部结构设计和基于滑动电阻导杆的阻尼力被动可控实现机理;最后,通过有限元方法完成了虚拟样机建模与仿真,验证了电磁缓冲器的功能有效性,并确定了能耗电阻、励磁电流等关键电性参数。该电磁缓冲器创新性地实现了阻尼力的近似线性的平滑变化,从而有效降低着陆器触地瞬时冲击过载,提高落震过程柔顺性,并将最大过载系数限定在要求的范围内,为面向未来星表软着陆任务的新型着陆器研制提供了一种缓冲吸能解决方案。     

构架天线四面体桁架单元精度分析与多目标优化设计

为了减小加工装配误差对天线桁架精度的影响,解决含随机变量的优化问题,综合考虑了杆件加工装配误差正态分布特性对精度的影响,通过最小势能原理求解得到了含杆件误差的构架天线桁架单元的平衡状态,采用蒙特卡洛方法对杆件误差变化对型面精度的影响开展了分析,得到杆件随机误差下的平均精度。为提高计算效率,建立了以杆件长度公差为设计变量、以桁架型面精度和加工成本为目标函数的代理模型,通过多目标遗传优化算法进行了公差优化设计,得到了代理模型误差小于8%的多组公差设计方案。其中平均精度最小达到了0.013mm,并且分析结果显示腹杆影响显著大于底杆。     

月球探测器着陆冲击试验及关键技术研究

中国正在开展月球探测活动,下一步将发射月球着陆器并实现月面软着陆。为确保着陆器在月面着陆时的稳定性和可靠性,发射前需在地球表面进行着陆冲击试验。对会影响月球着陆器着陆性能的月貌和月壤进行了详细的叙述,以便在试验过程中进行相应环境特征的模拟。用图表详尽阐述了三种月球重力场模拟器的原理和装置,并对各自的优缺点进行了评述。根据试验模型的不同,将月球着陆器着陆冲击试验分为原尺寸试验（模拟的月球重力场下）和1/6模型试验（地球重力场下）两类,分别介绍了两类模型的结构以及试验模型与着陆器原型机之间缩放关系。分别给出了原尺寸试验和1/6模型试验的试验平台和试验步骤,以及初始试验参数的给定方法。根据试验研究的需要以及月球探测器在月球表面着陆时的真实情况,给出了在地球上进行着陆模式模拟的方法。研究表明两种试验结果之间有良好的一致性,但是这两种试验的花费很高,且对试验场地有较高的要求。再者,由于在试验中对月壤没有太好的模拟方法,试验数据与真实着陆时数据存在一定差异。     

空间伸展臂折展单元运动学分析

运用螺旋理论对一种可折展三角桁架式空间伸展臂的折展单元进行运动学分析和仿真计算。利用D-H法建立折展单元运动的正逆位置解,应用螺旋理论对折展单元运动的正速度进行分析。通过对比软件Matlab的理论数值计算结果和软件ADAMS仿真计算结果,验证了该伸展臂折展单元的可行性和本文方法的正确性,为研究伸展臂折展单元的结构及工程应用打下基础。     

含间隙天线折展机构模块精度分析

针对天线折展机构连接运动副间隙引起天线折展过程运动不确定、精度下降等问题,提出了基于"无质量杆"模型来模拟自由状态的含运动副间隙机构建模方法。该方法基于D-H法建立了天线3个闭环的几何关系模型,将无质量杆模型引入天线几何关系中,获得了展开误差的计算模型。通过综合运用蒙特卡洛法实现了自由状态折展机构展开误差计算。计算结果表明:转动副间隙对折展机构单元肋展开在Z方向上展开精度影响最大,单元肋展开最大误差为0.353 mm,可为天线折展机构设计提供了参考。