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。     

基于Pro/E的双轴定位机构虚拟样机的建模与校核

介绍了在Pro/E设计平台上完成某卫星天线双轴定位机构虚拟样机模型的建模、仿真与校核。根据该定位机构的特点,建立了虚拟样机模型并完成静态校核。通过设定必要的参数值,对虚拟样机作包括运动学和动力学仿真的动态校核。由仿真结果与规定设计指标的比较可知,该虚拟样机符合设计要求。     

月球着陆器软着陆动力学建模与分析综述

为解决着陆器研发过程中着陆稳定性、能量吸收和载荷缓冲等问题,需要开展大量的软着陆动力学仿真分析。文章研究分析了过去几十年中,腿式月球着陆器软着陆动力学仿真数学模型的发展过程及一些最新的建模方法。针对软着陆动力学仿真数学模型的3个方面：着陆器模型、月面模型和着陆腿足垫与月壤的接触模型,给出了各种建模方法之间的联系,并对着...     

含间隙卫星天线双轴驱动机构动力学特性分析

以某型点波束卫星天线双轴驱动机构为研究对象,研究关节间隙对驱动机构动力学特性的影响规律。通过建立关节间隙动力学模型,并将间隙模型嵌入到虚拟样机中,进一步建立含间隙的双轴驱动机构虚拟样机。利用虚拟样机进行动力学仿真,分析关节间隙对双轴驱动机构动力学特性的影响。同时,利用多项式拟合的方法给出间隙大小对系统动力学特性的影响规律。结果表明,关节间隙会使运动副构件间发生接触碰撞,导致驱动机构执行末端动力学特性变化,影响运行稳定性,降低定位精度。且随着关节间隙的增大,执行末端的速度误差和加速度误差峰值都随之增大,使系统的运行稳定性变差。所得结论对双轴驱动机构定位精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。     

一种新型复合构型月球车的越障特性分析

将轮式、腿关节式、履带式三种机构结合起来设计了一种月球车,此车对低重力条件下的月球表面实际环境具有良好的适应性。月球车在起伏不平的地表环境中具有独特的动态特性,通过对月球车障碍地形下的越障运动过程进行理论建模和数值仿真,进而建立虚拟样机模型进行动态仿真对比研究,分析了月球车的越障特性,验证了机构设计的有效性。     

一种不平整地形下足式机器人的主动柔顺控制方法

为实现足式机器人在不平整地形下的稳定行走,提高机器人对不平整地形的适应能力,提出一种主动柔顺控制方案,包括基于关节空间的主动柔顺控制、机身姿态柔顺控制和关节PD控制。根据足式机器人运动学模型设计平地步态,作为机器人不平整地形下前进的主步态;通过采用基于关节空间的主动柔顺控制方法和机身姿态柔顺控制方法,生成关节角度和角速度修正量,进而得到腿部关节跟踪指令;利用虚拟样机技术对多种地形进行仿真,仿真结果表明采用提出的主动柔顺控制方法提高了机器人对不平整地形的适应性。     

着陆姿态不确定下的着陆器缓冲机构优化设计

以某型着陆器为研究对象,建立其软着陆过程的动力学仿真模型,并结合Monte Carlo法研究不确定着陆姿态下的某型软着陆性能。然后,分析着陆器的软着陆性能与其缓冲机构构型参数之间的相关关系,并基于实验设计方法与动力学仿真模型得到样本点,建立以着陆器缓冲机构构型参数和着陆姿态参数为输入、软着陆性能指标值为输出的响应面模型。最后,基于响应面模型,考虑着陆器姿态的不确定性,运用结合第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)和多岛遗传算法(MIGA)的分级优化方法实现了着陆器缓冲机构的优化计算,得到了最佳缓冲机构构型参数。通过仿真模型校验,优化后着陆器的抗翻倒能力与底面抗损坏能力分别提升了3.546%和 5.140% 。     

六轮摇臂-悬架式星球车全动力学建模与分析

针对星球车运行过程中存在的滑转和滑移问题,以21自由度的六轮摇臂-悬架关节式星球车为研究对象,采用多体动力学方法完成运动学描述,分析其受力状态,采用拉格朗日方程建立整车动力学模型,并依据经典地面接触力学理论,引入滑转与滑移项,建立全动力学模型并进行仿真验证.该动力学模型为星球车运动控制系统的设计提供了理论基础.     

可复用小型月表着陆器设计优化及仿真分析

针对传统着陆器缓冲装置无法复用的不足,提出了一种可重复使用的小型着陆器,通过各关节上的摩擦制动装置吸收着陆冲击能量,由电机及扭簧组件实现再次起飞后着陆腿的姿态恢复,可满足多点飞跃探测的月表探测任务。完成了一维落震中单套着陆腿在竖直方向上的缓冲吸能动力学分析;基于径向基(RBF)代理模型,面向三种典型着陆工况,采用多目标协同优化方法,对单套着陆腿各关节制动扭矩进行了优化,优化后的缓冲吸能关节可有效降低着陆器在落震过程中的加速度峰值。最后进行了整机多工况落震仿真分析,结果表明,各着陆响应均满足设计要求,也可保证良好的着陆过程稳定性,可为中国后续开展星表单次任务多点位探测提供一种可行的解决方案。     

火星EDL过程动力学建模与仿真

针对火星着陆器的进入、减速和着陆(EDL)过程的关键动力学问题,分别建立着陆器进入、降落伞拉直、充气和稳定着陆等各阶段的较精细的动力学模型,并构建初步的多学科集成分析框架。基于着陆器六自由度刚体模型,仿真研究火星进入弹道的动力学特性;采用过载上升段自适应控制开伞策略,确定降落伞的开伞条件;利用降落伞拉直充气经验模型以及九自由度物-伞多体系统模型,研究降落伞减速过程的动力学特性;采用面向对象设计语言,建立EDL多学科集成仿真框架,从而实现火星着陆器从进入点至着陆点EDL全过程的参数化建模。本文所建模型可有效预测火星EDL过程的运动特性,也可指导深空探测中EDL系统的分析设计。     

天问一号着陆器EDL过程建模与仿真

针对天问一号着陆器的进入、下降与着陆(EDL)过程,考虑伞降动态特性,建立包含大底与背罩分离过程的EDL全过程高保真仿真模型.对着陆器跨越高超声速到亚声速的飞行过程,特别是伞降过程中降落伞、着陆器、大底、背罩的相互作用进行建模,建立了着陆器六自由度刚体动力学模型、降落伞-着陆器(背罩)组合体模型、大底(背罩)-着陆器组...     

有外力作用的多臂自由飞行空间机器人协调操作动力学特性

利用牛顿-欧拉方法分析了有外力作用时多臂自由飞行空间机器人协调操作的动力学特性。首先推导出多臂自由飞行空间机器人协调操作的机械臂关节驱动力矩和关节角速度及角加速度间的关系，其次建立了多臂自由飞行空间机器人系统的动力学方程和动力学计算模型，经仿真分析得到了在不同外力作用下多臂自由飞行空间机器人的本体的位置干扰规律，验证了有外力作用下的多臂自由飞行空间机器人的动力学特性。     

月球着陆器着陆缓冲性能研究

首先基于MSC.Nastran/MSC.Adams软件建立了模拟月球着陆器的动力学模型,并利用模拟月球着陆器在地面冲击试验来验证仿真模型的正确性,重点关注缓冲机构与结构连接处的载荷,结构特征点的加速度响应,以及缓冲器的工作行程。然后利用模拟着陆器地面试验结果修正动力学分析模型,研究表明：着陆器结构和缓冲机构的柔性对缓冲性能具有较大的影响。最后,把动力学分析模型中的模拟结构更换成真实结构,进行着陆器在月球表面的着陆冲击仿真分析,从而获得模拟着陆器地面试验与着陆器在月面着陆的冲击缓冲性能差异。     

含间隙卫星天线双轴定位机构动力学仿真分析

以某卫星天线双轴定位机构为对象,研究运动副间隙对天线定位系统运动特性的影响,采用非线性等效弹簧阻尼模型建立间隙处的接触碰撞模型。同时采用Coulomb摩擦模型考虑运动副间隙处的摩擦作用,并将其嵌入到ADAMS多体系统动力学分析软件中,基于虚拟样机技术建立了含运动副间隙的卫星天线双轴定位机构动力学模型,并采用ADAMS进行了动力学仿真,分析运动副间隙对天线双轴定位机构动力学特性的影响,以及间隙大小对双轴定位机构动力学特性的影响。仿真结果表明,运动副间隙对卫星天线双轴定位机构运动特性有显著的影响,可以较好的预测运动副间隙对双轴定位机构的影响。     

垂直回收火箭可伸缩着陆腿展开的动力学仿真分析

可伸缩着陆腿是实现运载火箭垂直回收的有效途径。相比于着陆过程，火箭着陆腿展开过程涉及的动力学问题更值得特别关注。根据多体动力学方法建立可伸缩着陆腿的虚拟样机模型，针对展开过程开展仿真分析，研究了支腿结构柔性、腿节滑移摩擦力、气动罩气动力及过载等因素对展开时长和展开到位角速度两个关键展开特性指标的影响。结果表明，结构柔性对展开特性影响可忽略，过载对展开特性的影响最大，其次是气动罩气动力和腿节摩擦力。相关研究结果可为用于火箭垂直回收的可伸缩式着陆腿设计提供参考。     

临近空间飞行器起落架收放系统建模与分析

临近空间飞行器起落架系统经历的工作环境较常规航空器更加恶劣.为全面分析临近空间飞行器起落架收放系统可行性,文章采用多体动力学仿真软件(Adams)和多学科协同仿真软件(AMESim)联合仿真方法对起落架收放过程进行分析,建立临近空间飞行器前起落架收放机构及液压系统的虚拟样机模型,分析了收放系统的工作性能.分析结果表明:...     

一种双层框架型腿式月球探测车方案

月球车的设计,就行进方式而言,多以轮式车为主。考虑到国外已有的车型及相关研究也多以轮式车为先,这里提出了一种双层框架型腿式车的设计方案,它兼具腿式车和轮式车的优点。文章建立了该型车的三维模型,并利用虚拟样机技术,构建起月球车的动力学仿真环境,并进行了控制算法和步态的设计,通过联合仿真,完成了此车的初步方案设计工作。     

基于虚拟样机技术的导引头伺服机构动力学仿真分析

考虑传动轴的柔性、齿轮轮廓、齿轮侧隙、齿轮副碰撞等非线性因素,建立了导引头伺服机构虚拟样机模型.由仿真计算获得了机构的动力学特性.数据分析表明机构的传动特性符合齿轮传动特性,运动特性满足平行四边形机构运动特性.伺服机构物理样机扫频试验获得的谐振频率与仿真数据较接近,由此验证了谐振频率仿真分析方法的正确性和可行性.     

园林绿化树木修剪机械手运动学分析与仿真

针对目前园林绿化树木修剪效率低、劳动强度大等特点,设计了一种车载式修剪机械手,通过D-H矩阵理论建立了修剪机械手的运动学正解和反解模型;运用ADAMS软件对其进行了运动学仿真分析,得出了末端的修剪刀具的工作范围和关节1、2、3、4的旋转角度及其最大角加速度;仿真曲线平缓光滑,不存在干涉、"死点"等现象,验证了修剪机械手运动学模型的正确性,为后续的动力学仿真及样机研制奠定了理论基础。     

火星全向气囊的着陆缓冲特性研究

全向气囊是一种适应性较强的着陆缓冲装置,能在火星着陆过程中有效保护着陆器的安全。文章针对某一种全向气囊与着陆器构型方案,首先建立了气囊和着陆器结构的数学有限元模型,并对全向气囊的着陆缓冲过程进行了动力学仿真,获取重要结构部位的缓冲过载。其次利用全向气囊原理样机,按照仿真时的工况进行了投放试验,测量了相应结构部位的缓冲过载。研究结果表明,理论分析与试验结果基本一致,可为将来火星全向气囊的工程应用研究提供一定的参考。