行星采样柔性机械臂运动规划研究

为适应行星表面较大范围的采样要求及系统减重的需求,采样机械臂通常是细长形臂杆加多关节组成的连杆型关节机械臂,这使得抑制柔性振动成为机械臂控制系统的研究重点。针对采样机械臂的工作过程,提出带抛物线过渡的平滑轨迹规划方法,即在运动过程中使加速度连续,避免关节转动的力矩突变,并且最大限度降低峰值。首先建立基于D-H法的机械臂运动学方程,然后在考虑臂杆及关节柔性的动力学模型环境下,进行变加速—匀速—变减速的笛卡尔空间加速度连续平滑轨迹规划运动,达到减小柔性臂振动、提高定位精度的目的。仿真结果表明,在运动规划中引入抛物线过渡的加速度连续环节、降低加速度冲击可以明显改善运动平稳性,对提高动态跟踪精度有直接作用。

轮刷式小行星采样器采样过程仿真与试验研究

基于回转轮刷的刷扫采样是面向小行星表面风化层颗粒的一种新型采样方式,为研究轮刷式小行星采样器的轮刷转速对采样效果的影响,以及采样轮刷所需的驱动扭矩,开展采样器刷扫采样过程的仿真和试验研究尤为必要。研究选取粒径均等的玻璃球颗粒作为采样颗粒,对其进行参数标定,并将标定后的颗粒参数用于数值模拟中,获得采样器在不同转速工况下的采样结果和颗粒流动曲线。同时,搭建一套回转式对称采样轮刷装置进行地面试验,并测试采样过程中轮刷的扭矩变化,对比仿真与试验结果,验证仿真分析的准确性。结果表明,采样轮刷转速越快,采样颗粒质量越多,同时采样轮刷所需的驱动扭矩也越大,其扭矩的波动性也越明显。该研究为轮刷式小行星采样器的结构优化设计与电机选型提供研究思路。

低速溅射小行星表面采样的动力学仿真

开发了适用于小行星环境的大规模三维离散元程序DEMBody,针对低速射弹溅射表层风化层的小行星采样方案,仿真了相同质量不同形状的射弹在微重力环境下垂直射入颗粒床的过程,研究了溅射物质在采样器中的运动历程及最终收集质量与射弹形状的关系。结果表明,90°锥形射弹的采样效率最高。

抓取式采样头设计优化与仿真分析

针对小行星采样设计了一种抓取式采样器。采样器由采样头,采样转盘,转位模块,开腔模块四部分组成。分别利用MATLAB和ADAMS对采样头进行了机构上的优化和运动学仿真分析,优化后的采样头的腔门闭合时间短,触发力小的优点。