基于尺寸链原理的样品转移过程容差设计与分析

针对探月样品转移过程中3段导向结构相互独立且存在中心偏差下的容差设计需求,运用尺寸链原理及计算方法推导出了样品容器与导向结构之间的导向精度与转移过程中零件加工装配精度、对接精度、位置偏差、温度变形等的关系,获得了在各项偏差可实现的范围下的转移容差设计的最优值,同时实现了机构平均功率最小化。设计结果得到了样品转移试验验证,可为探月三期工程实现样品容器在轨的顺利转移提供依据。

摩擦系数对月球轨道样品转移过程的影响分析研究及应用

通过对嫦娥五号首次月球轨道样品转移全行程内的运动分析,确定摩擦系数为影响转移过程的关键因素之一,直接影响转移机构驱动性能,甚至可能导致转移失败。针对该关键因素,设计基于规定材料的不同表面处理方式的摩擦系数测试试验,获得材料不同表面处理状态对摩擦系数及磨损量的影响,为导向结构材料表面处理状态的选择提供方向。根据测试结果表明:结合摩擦系数及磨损量对导向结构表面处理状态进行优选,并通过地面样品转移试验验证,达到了大裕度驱动高可靠转移的试验效果,最终为样品容器的在轨顺利转移提供设计基础及理论依据。

样品转移机构的末端精度优化方法及在轨应用

针对嫦娥五号样品转移任务需求,设计了一种大展收比样品转移机构。该样品转移机构在运动方向上的展收比可达3∶1,且为扁平构型,很好地满足了探月工程对“轻、小”的严苛需求。而大展收比同时也带来了平面刚度低、末端精度不足和对样品容器捕获容差不足的难题。提出了塔式构型的复合连杆机构,有效解决了平面刚度低的难题;通过设计计算找出影响末端精度的关键因素,并对其进行控制,解决了末端精度不足的难题;通过提出棘爪与棘齿相配合的样品容器捕获方案,解决了对样品容器捕获容差不足的难题。目前,该转移机构设计方案已完成嫦娥五号探测器样品转移在轨应用。

月球轨道对接与样品转移机构控制系统设计与实现

月球轨道对接与样品转移是嫦娥五号探测器月面无人采样返回任务的关键环节,在有限的测控、重量和功耗等资源下实现对接与样品转移机构的控制是难点。提出了一种基于单片机+现场可编程门阵列(FPGA)架构的控制器设计,建立了机构模型,给出了分段自适应位置单环控制算法及仿真结果。地面研制试验及飞行验证结果表明:该控制器圆满完成了任务目标,其设计、实现和应用也为未来小型对接机构控制系统设计提供了技术参考。