铲挖式表层月壤采样器设计与试验

针对月球表层土壤的采样任务,设计了一种搭载于机械臂末端的采样器。基于离散元手段,利用Scott真实月壤微型三轴压缩试验数据,完成仿真散体颗粒特性参数匹配,开展了采样器铲取、挖取采样过程的仿真分析,获得作业过程采样器的动力学特性。此外,开发了采样器性能测试系统,针对不同模拟月壤对象进行了采样试验,测试获得了采样器采样能力随深度及月壤硬度的变化情况,得到采样器操作参数的可行区域。采样器能够实现铲取、挖取和封装容器转移多重任务,研究工作为中国未来的月面采样任务提供方案借鉴和技术支撑。     

月球采样机械臂系统设计及试验验证

在对月球采样返回任务需求及探测器系统任务剖面进行分析的基础上，设计并研制了一种轻量化、大负载、高精度、宽采样范围月球采样机械臂系统。该系统主要由4自由度机械臂及两种不同采样形式的末端采样器组成，可对不同指定区域浅层月壤进行铲、挖、浅钻等多形式采集。在综合考虑机械臂系统器上布局的基础上，基于运动学模型对采样机械臂的可达采样区域进行仿真分析，提出采样机械臂月面采样策略。基于等尺寸着陆器模拟平台，开展了针对3种不同密实度模拟月壤的采样试验，采样试验结果表明在可达采样空间内，采样机械臂对不同密实度月壤均具有较好的适应性，最大采样深度可达30 mm，最大单次采样量可达270 g，单次采样时间小于2 min。     

采样机械臂关节月表环境适应性设计

文章针对月球表面采样任务对机械臂关节防尘、耐高低温和轻量化的特殊要求,提出一种由永磁同步电机驱动、2K-H行星减速器+谐波减速器传动的关节设计方案。该方案采用电机的齿槽转矩提供关节制动力矩,并采用前馈力矩补偿控制的方法消除齿槽转矩引起的速度波动,节省了制动器的配置;通过控制减速器传动侧隙、电机定子与壳体的过盈量及密封垫片厚度,实现关节在-100~160℃高低温环境的热匹配和防尘。仿真分析和样机试验结果验证了关节设计方案可满足月表采样的月面特殊环境要求。