一种新型月壤水冰采样系统设计及试验验证

针对月球极区永久阴影坑深低温环境下,月壤水冰的硬度和机械强度很高,铲挖、钻进等常规采样方式难以实现低耗、快速采样的问题,提出了利用火工爆燃作动的动能侵彻方式快速构建月壤剖面孔洞,利用机械臂将采样工具送至孔内实施样品精确采集的新采样方法,并据此设计了新型月壤水冰采样系统。设计并研制了侵彻单元工程样机,基于力学等效性原则制备了拟实靶体,对工程样机的侵彻效能开展了试验验证。试验结果表明,对于单轴抗压强度30 MPa的模拟月壤水冰力学等效物能实现快速侵彻,侵彻深度可达234 mm,侵彻时间优于1 s。提出的侵彻式造孔和采样方法具有轻量化、低能耗、高效率、高强度月壤对象突破能力强等突出优势,可为后续月壤水冰采样探测任务提供有益借鉴。

极区模拟月壤的冲击反射波特性研究

执行月球极区原位探测任务的着陆器和采样器会对月壤产生冲击作用,对此,有必要开展超低温环境下的极区模拟月壤冲击反射波特性研究。通过有限元仿真方法,对比干燥模拟月壤、岩石、含水模拟月壤的冲击反射波曲线特征。基于霍普金森压杆测试方法,搭建超低温模拟环境,开展不同含水率、不同密度、不同温度模拟月壤的冲击试验,得到含水模拟月壤的动态力学特性,并分析含水率、温度、密度的变化对模拟月壤冲击反射波的影响。通过研究,为月壤特性辨识和着陆器着陆缓冲提供数据支撑。

月球冻土模拟与剪切强度试验分析

为获得月球永久阴影区冻土的剪切强度特性,分析了月球冻土的矿物成分、粒径分布、干密度、含水率、赋存温度等物理特性,提出了月球冻土的模拟物制备与参数检测方法。基于变角剪切试验(Variable-Angle ShearTest,VAST)方法,开展了斜长质和玄武质原料混配、干密度1.71g/cm^(3)(相对密实度100%)、含水率3.7~9.5wt%、温度低于-180℃的模拟月球冻土剪切强度测试。试验结果表明:模拟月球冻土在低围压下的剪切破坏模式以剪断面上的脆性断裂为主,随围压升高,模拟月球冻土的脆性降低、延性增加,破坏模式转变为整体压剪破坏,表观剪切强度下降;按直线型莫尔-库伦准则对模拟月球冻土在低围压下的剪切强度参数计算,结果显示其内聚力随含水率增加而近似线性增加,内摩擦角基本不随含水率变化,取值在50°~53°。

浅层月壤微定量采样铲设计与试验

基于月球极区月壤挥发物丰度原位高精度分析对测试样本微量定量的要求,提出一种基于机械臂末端搭载的采样铲方案,由渐进式铲挖方式构建浅层月壤剖面,通过定容采样腔构型实现既定深处月壤样品微量定量采集,并在极端情况下可由铲齿刮取月壤水冰形成碎屑进行样本采集。为验证采样方案的可行性,搭建了模拟月壤剖面铲挖采样效能测试平台,开展了渐进式铲挖、定容式微量采样和振动式送样试验,试验结果表明采样铲具有130 mm深度剖面构建能力与200±30 mg微定量采样性能。研究成果可为中国月球极区月壤原位采样探测分析任务提供方案借鉴。

月壤水冰资源“探-采-用”一体化实施方案设计

分析了月球水冰资源的赋存分布及采样探测与利用存在的技术挑战,系统梳理了其探测、采样与利用发展历程、典型案例及发展趋势,总结出水冰资源精准预判、就位科学分析、高效提取和转化利用4大关键技术及解决途径。针对月球极区水冰资源探测与利用需求,充分利用月球极区深低温及水冰赋存特性,提出一种水冰资源“探-采-用”一体化实施方案,详细介绍了应用场景及功能、设计方案及评价、应用前景等。该方案可为探月四期工程、月球科研站建设等重大任务提供技术参考和科学探测依据。

含冰月壤冻土钻取采样方案设计与验证

我国探月工程四期拟在月球南极开展着陆探测,目标之一是对月球永久阴影坑内的含冰月壤冻土进行采样和原位分析。根据对月壤采样分析技术特点和永久阴影坑环境条件的分析和总结,认为采样方案需要具有月壤冻土高效钻进、重复使用多点采样和获取碎屑形态样品的能力,由此提出使用深槽螺旋钻以回转冲击钻进模式进行月壤冻土采样的方案。从提高钻进能力、保证采样能力2个方面对深槽螺旋钻结构和作业规程的关键参数进行识别、分析与设计。使用CUG-1A模拟月壤,对钻具的钻进能力和采样能力进行解耦性试验验证,在4.0%含水率高密实度模拟月壤冻土中,钻具可以在140 N钻压力条件下达到45.8 mm/min的平均钻进速度,获取7 g以上月壤样品。文章的研究结果验证了使用深槽螺旋钻进行月壤冻土钻取采样的可行性,可为我国未来开展月球极区含冰月壤采样探测提供可选方案。

内置动力源管内X射线探伤机器人的研制

本文介绍了内置动力源 X射线探伤机器人的系统结构和工作原理 ,该机器人具有管径适应范围大、一次作业距离长、定位准确可靠、互换性好等特点 ,经实验证明是一种理想的管道对接焊缝无损探伤设备 ,在管线施工中具有重要的实用价值 .

三轴差速器及其在管道机器人驱动系统中的应用研究

根据轮式管道机器人过弯管的具体要求 ,提出了一种新型三轴差速器。推导了三轴差速器的运动关系方程 ,经验证该差速器可以完成过弯管机器人的三轮差动任务 。

智能化多功能电动康复床的研制

根据目前国内外康复/护理床等产品的技术发展状况,考虑长期卧床患者的需求,研制了一种新型的智能化多功能电动康复床。该康复床具有床与轮椅转换、床身直立、电动行走、自动避障、手动/定时体位调节和辅助大小便等功能,为患者提供了一个综合性的生活医疗平台。

吊臂式巡线机器人悬吊姿态自平衡机构的研究

文中针对目前应用较为广泛的吊臂式巡线机器人在跨越线缆附件时所出现的姿态失稳现象进行了研究,从机构学的角度研制了相应的俯仰失稳自平衡机构、侧倾失稳自平衡机构,并分析了其工作原理。通过理论分析和实验验证,证明了上述自平衡机构的实用性和可行性,为电力巡线机器人的应用推广奠定了坚实的基础。

月面人机联合采样探测发展趋势与任务设想

针对月球资源的探测与原位利用需求,概述了月球资源遥感探测、采样返回分析及原位采样探测技术现状和发展趋势。面向载人登月采样探测工程需求,围绕月面人机联合采样探测,提出了不同阶段表层样品采样探测、广域分布式原位探测、大尺度月壤剖面科学钻探等任务设想,为我国未来载人月球探测总体方案制定和航天员用智能设备的研制提供参考。

管内拖缆作业机器人拖线力计算方法研究

机器人进入管道内部作业时，需拖带动力及信号传输电缆。本文首先介绍了一种收放线装置，该装置具有结构紧凑、传输转换可靠等特点；然后，对决定机器人管内有效行走距离的关键因素即拖线力的计算方法进行了理论推导。

PLC在缆索机器人监控系统中的应用

针对气动蠕动式缆索喷涂机器人的工作特点,提出了把可编程控制器(PLC:ProgrammableLogicCon-troller)用于机器人控制系统中的实现方法。利用PLC的通讯功能,搭建了监控式控制系统,在控制策略上可保证机器人本身具有很强的故障源自主判断和自主处理能力。实验证明,所搭建的监控系统性能可靠,经受了系统断气、通讯电缆断线等人为故障的考验,可以在带载条件下安全返回地面。监控式控制系统能够满足缆索机器人的工作要求。

基于传动效率的移动副设计方法

首先建立了具有普遍意义的移动副力学及结构模型 ,推导了该理论模型的传动效率 ,解释了传动效率与支撑点距无关现象并阐明该现象的用途 ,最后给出了基于传动效率的移动副设计图谱的建立及使用方法。

MCGS组态软件在锅炉煤耗监控系统中的应用

研究了基于MCGS软件所开发的锅炉煤耗监控系统,该系统具有界面友好、操作方便、扩展性强、统计查询功能丰富、可靠性高等优点.实际运行表明,该系统可以达到为企业节能降耗的目的.

气动蠕动式缆索维护机器人喷涂机构的研制

根据气动蠕动式缆索维护机器人的运动特点,设计一种曲柄摇杆式喷涂机构。为减小喷涂机构摆动过程的阻力,喷涂机构的定位方式采用了类似推力球轴承的结构。为保证缆索喷涂质量,提出了实现缆索连续自动喷涂的条件。经室内试验表明,该机构在不同工况下具有良好的稳定性能,为缆索喷涂机器人应用于缆索自动涂装奠定了基础。

可编程逻辑控制器在管道机器人控制系统中的应用

根据管内机器人工作环境的特殊要求 ,提出了把可编程逻辑控制器 (PLC)用于管内机器人控制系统中的方法 ,利用PLC的通讯功能、脉宽调制方式 (PWM )的输出功能及高速计数功能实现管内外通讯和行走电机的闭环控制。实践证明 。

基于MCS-51单片机的智能化多功能电动康复床控制系统设计

设计了基于MCS-51单片机C8051F040的智能化多功能电动康复床控制系统。通过对控制部分的硬件电路、软件程序及系统抗干扰的设计,使病人实现了对康复床进行定时体位调整和自动避障的智能控制,也实现了医疗康复的自动化、智能化。该系统具有操作简单、实用性强、可靠性高、成本低的特点。

月面广义资源探测及其原位利用技术构想

以载人登月场景下的月面资源精细化利用为目标,概述了月面资源探测与原位利用技术的国内外发展现状。针对未来载人登月探测任务规划以及确定预先研究目标的实际需求,提出了月面环境资源的广义分类和精细化利用思想,并以载人登月场景下的"人器机环境"系统为研究对象,细化了可在轨利用的资源、需带回地球的样本资源和人机废弃物资源等三类资源的拓扑组成。本着继承与创新兼顾、前瞻性与实用性包容的概念研究理念,重点阐述了宇航员人因主导的矿物资源勘查、月面环境条件的资源化利用、多态样本的采集、人机废弃物的循环利用等月面广义资源的探测与原位利用技术途径。

凸轮从动件系统对输入运动的动态响应

就凸轮机构中输入运动所引起的从动件响应作了理论分析．对采用常用从动件运动规律的凸轮机构的动力学特性进行了分析、比较．