发射阶段着陆器及关键机构动力学分析

针对着陆器在发射阶段会经历复杂而恶劣的动态环境,研究了发射阶段着陆器及关键机构收拢状态下的动力学特性。首先基于物理样机模型建立了着陆器、月球车、太阳电池帆板等机构的有限元模型;其次采用MSC.Patran/Nastran对上述着陆器整机模型进行了模态分析,研究了着陆器收拢状态下振动的固有频率及振型;最后,基于发射阶段运载火箭特定激励对着陆器整机特性进行了频响分析。研究结果表明,着陆器发射过程中,振动以着陆腿及太阳电池帆板弯曲振动为主,通过频响分析预测了着陆器收拢状态结构设计薄弱环节,研究结果可为着陆器结构改型及提高可靠性提供设计参考。     

月球软着陆系统关键技术研究与发展综述

介绍了月球探测器软着陆缓冲领域国内外研究现状及发展趋势,针对探测器着陆稳定性及防止反弹与翻滚控制技术领域所面临的主要问题进行阐述,结合先进飞机起落架技术介绍了新一轮月球探测器缓冲系统的发展方向及有待于解决的问题,研究工作对于我国开展二期探月工程具有参考意义。     

月球探测器的软着陆技术

介绍了空间探测中航天器的各种软着陆方式和月球探测器的软着陆特点,对前苏联和美国成功着陆的月球探测器概况进行了综述,并提出了我国在月球探测软着陆器的设计、研制阶段所面临的一些主要课题。     

月壤及缓冲支柱弹塑性变形对探测器着陆性能影响分析

月球探测器着陆过程动力学分析是探测器软着陆机构设计中的重要环节,基于国际流行的四腿悬架式着陆器模型为研究对象,研究了月壤变形,着陆器着陆腿弯曲及压缩变形对探测器着陆性能的影响。论文首先在忽略着陆机构弹塑性变形的基础上建立探测器倾斜月面着陆数学模型;其次,综合考虑月壤变形及着陆腿压缩、弯曲变形,通过简化模型,研究了上述变形对着陆性能的影响;最后,通过探测器着陆过程刚柔耦合分析对上述分析予以验证。研究结果表明月壤及支柱压缩变形对探测器着陆性能影响较小,在探测器软着陆设计初期阶段可以忽略不计,但是探测器缓冲支柱弯曲变形对探测器着陆性能将产生较为严重影响,在探测器软着陆机构设计阶段必须予以重视。     

实现装载机车架流水线装配

通过对装配现场的分析,分别设计制作了移动式全自动前后车架装配板链线,对延续多年的前后车架地摊搭架式装配进行了重大改进,使得员工工作环境得到了明显改善,工作效率得到大幅提升。设计了三维立式工作吊架,通过制作工装保证轴承的位置,并通过小型油压机将轴承快速压型到位,效率高,大大降低员工的劳动强度,同时不使用铜棒敲击,避免了噪声,改善了装配现场环境,提高了轴承的装配精度。装配产能也提升到了8分钟/台,装配效率提高50%。     

桁架式火星探测器的着陆缓冲特性分析

着陆缓冲机构是着陆器实现行星探测软着陆的关键部位之一,它的缓冲性能直接关系到着陆器是否能安全地在行星表面实现软着陆。根据某院提供的火星着陆器模型,在三维建模软件中建立着陆器的合理简化模型,为了提高分析着陆器软着陆过程冲击响应的准确性,采用MSC公司的Patran/Dytran有限元软件,用瞬态动力学的方法对着陆器的缓冲性能进行分析。仿真结果与试验数据十分吻合,着陆器的缓冲和传力性能良好。因此,采用拉杆缓冲的桁架式火星着陆器是可行的,仿真结果与试验数据也为今后的火星探测提供了参考。     

Planar jumping with stable landing through foot orientation design and ankle joint control

This paper introduces a method to generate the planar jumping motion for biped robot. In this work, through determining the upper body posture trajectory in the flight phase, the foot landing posture is made to be flat while landing. Together with properly designing the trajectory for local center of gravity and the foot landing velocity, the soft landing trajectory is generated. A controller on the ankle joint is added to avoid significant impact with the ground and stabilize the robot after landing. Jumping motion with stable landing is achieved in a dynamic simulation environment based on this method.     

Dynamically adapt to uneven terrain walking control for humanoid robot

Dynamically adapt to uneven ground locomotion is a crucial ability for humanoid robots utilized in human environments.However,because of the effect of current pattern generation method,adapting to unkn...     

具有滑移的摇臂式月球车建模与控制

研究了具有滑移、六轮独立驱动的摇臂式月球车建模与控制问题。利用拉格朗日法分析了该月球车受力状况及其动力学模型,并得出在考虑小滑移率、小失配角时的摇臂式月球车动力学模型可表示为以车轮支撑力及其作用位置、地面力学特性、摇臂位形为参量,以月球车平动速度及转动速度、车轮转动速度为状态,以电动机驱动电流(电压)、方向轮位形为输入的仿射性微分方程组的定性结论。从而可以根据实时检测月球车车轮支撑力运用模糊变结构控制方法对月球车动力学系统控制律进行实时修改达到对月球车伺服控制的目的。     

全海深着陆车着底冲击特性与集中应力结构改进

为分析全海深着陆车冲击特性并提高着底安全性,基于潜浮和着底运动的规律,将着底过程划分为6种拟着底状态,采用显式动力学方法对着底冲击模型进行数值模拟,并对张紧轮支架进行了改进设计;分析6种拟着底状态下着陆车张紧轮支架改进前后的最大应力,并对比分析了岩石地面和泥质地面的冲击响应特性。研究结果表明：张紧轮支架改进后具有明显的缓冲作用,着陆车冲击岩石地面和泥质地面的最大应力分别减小到原来的13％和30％;弹簧阻尼结构可降低车体的集中应力,但其刚度系数对冲击应力影响较小。由着陆车各状态数值模拟结果可知,改进后的车体结构具有更高的安全性,为研制可适应复杂海底的全海深着陆车提供理论依据。     

基于半转机构的月球车移动系统及运动学分析

针对月球探测的特点,提出了一种新型的基于半转机构的月球车移动系统,介绍了其特点以及机构原理。比较了一级半转机构和二级半转机构的起伏度,建立了月球车机构转杆正向运动学模型。MATLAB仿真结果表明,二级半转机构的起伏度较一级半转机构减小60%左右。     

面向不平地面的双足欠驱动步行稳定控制

为实现双足机器人在不平地面上的欠驱动步行,提出一种基于质心运动状态的稳定步行控制策略.考虑地面柔性,使用柔性接触模型描述"机器人足部地面"柔性接触,并通过解耦建模的方式建立了"机器人地面"前向与侧向耦合动力学模型.根据人类变速步行特征,提出基于机器人质心速度控制的步行控制策略,将三维步行解耦为前向和侧向的主从控制,通过...     

一种基于变权重的六足机器人共享遥操作控制

针对复杂地形环境下的六足机器人步行操作任务,提出一种兼顾机器人行走效率以及稳定裕度的协同调控策略。该策略以现有的速度-位姿协同遥操作构架为基础,融入了共享控制策略,改善系统的操作性和协调性。该方法通过引入优势因子作为主端操作者对机器人的速度层与位姿层操作子系统的控制权重,通过以稳定裕度为输入的模糊推理器求出优势因子,将优势因子引入主从端控制器,主端机器人通过产生触觉力引导操作者进行控制指令的迭代。通过Vortex半物理仿真平台和操作手柄搭建的实验平台对本方法进行验证,并与传统的协同操控方式对比。实验结果表明,通过本策略对六足机器人进行操作能够在保证稳定裕度的同时合理地对机器人速度与位姿进行调控。     

四足爬行机器人步态分析与运动控制

为了实现液压作动的四足步行机器人的稳定行走,根据运动稳定裕量原则规划四足机器人的直行步态,保证三足支撑机体时稳定裕量为100 mm;针对液压缸运动加速度突变导致机体冲击振动的问题,提出了利用S型曲线作为各自由度的运动位移控制规律的方法。按照JQRI00型四足步行机器人原理样机的结构建立了虚拟样机模型,应用仿真软件对所设计步态进行了仿真,分析了步态的运动学、动力学特征和位移控制方法的运动特征;在四足步行机器人原理样机上进行了试验,并将试验与仿真结果进行了比较。研究结果表明,所设计的机器人步态可行,保证了机器人具有较好的行走稳定性;将S型曲线用于位移控制,消除了液压缸运动加速度的突变,进一步提高了机体运行的平稳性。     

混合驱动五杆月球车动力学分析

根据月球车腿式移动机构的优点,针对混合驱动五杆月球车用拉格朗日法推出混合驱动五杆月球车的动力模型,得出各杆线速度和驱动力的表达式。通过设置具体参数对混合驱动五杆月球车模型进行分析,得出了混合驱动月球车的五杆机构运动仿真图、主动关节等效惯量,耦合惯量和驱动力矩的变化规律。结果表明,对于给定的运动规律,机构的位形对系统的主动关节等效惯量、耦合惯量和驱动力矩的影响较大。     

月球探测器软着陆最优控制

研究了一种应用非线性规划求解有限推力作用下月球探测器软着陆最优控制问题的方法。从庞德里亚金极大值原理出发,将有限推力作用下月球软着陆问题转化为两点边值问题;在考虑边界条件及横截条件的前提下,将两点边值问题转化为针对共轭变量初值和末时刻的优化问题;而后应用非线性规划方法求解形成的参数优化问题,为了降低初值猜测的敏感性,引入一种变换,用控制变量初值代替了共轭变量初值。仿真结果表明了所提设计方法是简单、有效的。     

Virtual simulation system with path-following control for lunar rovers moving on rough terrain

Virtual simulation technology is of great importance for the teleoperation of lunar rovers during the exploration phase,as well as the design of locomotion systems,performance evaluation,and control strategy verification during the R&D phase.The currently used simulation methods for lunar rovers have several disadvantages such as poor fidelity for wheel-soil interaction mechanics,difficulty in simulating rough terrains,and high complexity making it difficult to realize mobility control in simulation systems.This paper presents an approach for the construction of a virtual simulation system that integrates the features of 3D modeling,wheel-soil interaction mechanics,dynamics analysis,mobility control,and visualization for lunar rovers.Wheel-soil interaction experiments are carried out to test the forces and moments acted on a lunar rover’s wheel by the soil with a vertical load of 80 N and slip ratios of 0,0.03,0.05,0.1,0.2,0.3,0.4,and 0.6.The experimental results are referenced in order to set the parameters’ values for the PAC2002 tire model of the ADAMS/Tire module.In addition,the rough lunar terrain is simulated with 3DS Max software after analyzing its characteristics,and a data-transfer program is developed with Matlab to simulate the 3D reappearance of a lunar environment in ADAMS.The 3D model of a lunar rover is developed by using Pro/E software and is then imported into ADAMS.Finally,a virtual simulation system for lunar rovers is developed.A path-following control strategy based on slip compensation for a six-wheeled lunar rover prototype is researched.The controller is implemented by using Matlab/Simulink to carry out joint simulations with ADAMS.The designed virtual lunar rover could follow the planned path on a rough terrain.This paper can also provide a reference scheme for virtual simulation and performance analysis of rovers moving on rough lunar terrains.     

新型月球车的特点与性能分析

随着国内外掀起的新一轮的探月高潮，新型的月球车越来越受到人们的关注。本文针对月球探测的特点和要求，提出了一种两轮并列式月球车，并对此月球车的特点和性能进行分析；同时，结合两轮并列式月球车的结构和性能，提出了以两轮并列式月球车为子系统的群控策略以降低月球探测的风险，提高月球探测的效率。     

松软月壤上月球车驱动能力的仿真研究

在松软土壤上影响月球车的驱动效率的因素对月球车的行走系统功耗有较大的影响。基于地面力学理论,建立了松软土壤与车轮间相互作用的单轮和整车多体动力学模型。并从理论角度分析了影响月球车单轮驱动效率的的因素,并对整车在松软土壤路况下的驱动能力进行了仿真分析。     

Physical calibration of the LEND space-based neutron telescope: the sensitivity and the angular resolution

Results of physical calibrations of the LEND neutron telescope operating on board the NASA’s LRO lunar satellite since June 2009 are described. The main goal of the LEND telescope is to measure the epithermal neutron flux in polar areas of the lunar surface with a high (~10 km) resolution with the aim of determining the hydrogen distribution in the lunar regolith and detect the presence of water ice beds at the bottom of permanently shadowed lunar polar craters. The neutron detection efficiency and the effective area of the LEND detectors is experimentally estimated.