检索结果-内蒙古大学图书馆

航空学报 2022年第7期43卷 279-288页

作者：郑燕红邓湘金金晟毅陈丽平姚猛赵志晖北京空间飞行器总体设计部北京100094

嫦娥五号探测器成功实现了中国首次地外天体采样返回。月面工作过程中,表取采样机械臂上的臂载相机获取了大量的图像数据,结合嫦娥五号四自由度表取采样机械臂,利用几何法描述了其逆运动学,针对臂上远摄相机和末端近摄相机2种形式的臂... 详细信息

嫦娥五号探测器成功实现了中国首次地外天体采样返回。月面工作过程中,表取采样机械臂上的臂载相机获取了大量的图像数据,结合嫦娥五号四自由度表取采样机械臂,利用几何法描述了其逆运动学,针对臂上远摄相机和末端近摄相机2种形式的臂载相机,提出了单目运动相机的成像位姿确定方法,并分析了不同成像位姿图像对表取采样区的视场覆盖,建立了非图像化的多图像交叠评估原则。根据嫦娥五号月面表取采样臂载相机图像,进行了成像位姿与视场覆盖仿真分析,并通过地形重建对结果进行了验证。结果表明该方法可确定大范围运动的臂载相机所获得的图像的交叠联系,通过成像位姿与图像特征相结合,可为区域地形重建等多图像联合应用提供支持。

关键词：嫦娥五号表取采样臂载相机成像位姿视场覆盖

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基于月面表取采样触月压痕的月壤力学状态分析

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吉林大学学报（工学版） 2021年第3期51卷 1146-1152页

作者：王康姚猛李立犇李建桥邓湘金邹猛薛龙中国空间技术研究院北京空间飞行器总体设计部北京100094 吉林大学工程仿生教育部重点实验室长春130022 江西农业大学江西省现代农业装备重点实验室南昌330045

以表取采样机械臂的触月传感组件与月表接触留下的压痕为研究对象,通过监视相机提取压痕的几何特征参数,结合偏最小支持向量机(LSSVM)建立评估月壤力学状态模型。采集压痕试验数据264组,按力学状态把数据随机划分为建模组和验证组,以压... 详细信息

以表取采样机械臂的触月传感组件与月表接触留下的压痕为研究对象,通过监视相机提取压痕的几何特征参数,结合偏最小支持向量机(LSSVM)建立评估月壤力学状态模型。采集压痕试验数据264组,按力学状态把数据随机划分为建模组和验证组,以压痕的深度、长边长、压痕周长和面积为输入变量,建立LSSVM模型,验证组预测精度分别为93.75%、83.33%和87.50%。结果表明,该模型可作为一种有效的判别手段,为表取采样深度的确定提供参考。

关键词：仿生工程地面力学表取采样月壤图像处理支持向量机

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月壤表取采样过程离散元仿真分析平台研究

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计算机仿真 2013年第12期30卷 92-97页

作者：高辉刘宾张大伟段隆臣中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 北京空间飞行器总体设计部北京100094

在月球表取采样系统优化设计的研究中,月球表取采样系统的设计需要计算采取月壤的质量以及采样过程中易受到月壤阻力的影响,进而确定系统储备的功率大小以及是否能够达到采样的目标。月壤属于散体材料,在采样过程中形态和力学特性不断变... 详细信息

在月球表取采样系统优化设计的研究中,月球表取采样系统的设计需要计算采取月壤的质量以及采样过程中易受到月壤阻力的影响,进而确定系统储备的功率大小以及是否能够达到采样的目标。月壤属于散体材料,在采样过程中形态和力学特性不断变化,连续介质力学和经典土力学理论将研究对象作为一个整体,只能解决极限平衡状态下的受力问题,不能处理散体材料大变形和连续变形的问题。为解决上述问题,提出运用三维离散元方法对月壤的采样过程进行数值仿真,建立月壤的物理力学模型以及不同采样机具的参数模型,在地球环境下对仿真结果进行验证,然后利用上述模型在月球环境下进行仿真和分析,得出低重力环境对采样过程的影响结果。离散元仿真分析平台可以为实际的月壤表取采样方案确定、采样机具结构设计、采样机具动力设计等提供重要的参考和依据。

关键词：月壤表取采样离散元方法

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月面表取采样机土作用力学特性研究

月面表取采样机土作用力学特性研究

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作者：赵振家吉林大学

学位级别：硕士

我国嫦娥探月工程三期的主要任务是无人采样返回，采用钻取采样和表取采样两种方式获取样品。其中表取采样是通过挖、铲和夹持，获取月球表面月壤和岩石样品的采集方式。表取采样是最有效且易实现的方式，也是决定三期任务成功的关键和... 详细信息

我国嫦娥探月工程三期的主要任务是无人采样返回，采用钻取采样和表取采样两种方式获取样品。其中表取采样是通过挖、铲和夹持，获取月球表面月壤和岩石样品的采集方式。表取采样是最有效且易实现的方式，也是决定三期任务成功的关键和基础。为此，研究采样器末端执行机构（采样铲）与月壤相互作用的力学特性关系，探讨月壤状态、工况设置和采样器结构对采样阻力和工作效率的影响规律，可为采样器的研制、优化和采样提供参考和依据。根据表取采样铲挖动作和工作原理，研制月面表取采样机土作用试验台，采用JLU-2模拟月壤和火山石模拟月球表面，分别对铲取采样和挖取采样进行试验研究。通过铲取试验分析了入土角、入土速度、模拟月壤状态对铲取阻力的影响规律。通过挖取试验探讨入土角、月壤状态、石块分布对挖取工作阻力的影响。通过三维扫描分析了采样对月壤的扰动和破坏。根据土壤挖掘理论和土体动力学，对Gill模型进行修正，建立了与试验情况相符的铲取模型；挖取模型采用Zelenin模型，便于分析挖取转矩随角度的变化规律，将铲挖两模型与试验对比得出二者都能够较好的描述铲挖过程阻力变化情况。在此基础上，分析了内聚力、内摩擦角等参数对铲挖阻力的影响。通过离散元软件PFC2D/3D进行双轴和三轴模拟试验，并结合实际铲挖月壤大变形破坏特点，分析了微观参数和月壤宏观力学参数的关系，确定了用于模型分析的微观参数。通过PFC2D/3D对微重力条件下铲挖特性进行了分析。通过PFC2D生成大粒径颗粒的方式来模拟月岩，建立了不同大小及位置的故障状态，进行了低重力状态下的铲取过程模拟。通过PFC3D软件对低重力下不同铲挖过程进行了研究。分析了铲斗铲入一定深度然后水平切削再向上挖铲的情况，分析了铲斗刺入不同深度然后挖出的情况，分析了挖斗宽度对挖取月壤转矩的影响规律。研究内容和成果可以为月面表取采样任务的实施和采样机构的研制及优化设计提供一定的理论和数据参考。

关键词：表取采样模拟月壤工作阻力机土作用离散元

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火星表取采样器仿生设计及机土作用研究

火星表取采样器仿生设计及机土作用研究

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作者：张荣荣吉林大学

学位级别：硕士

火星着陆探测是世界各国深空探测的重点，也是我国探测的主要目标之一，而表取采样则是火星着陆探测最有效且易实现的方式。表取采样是通过挖、铲和夹持，获取火星表面火星壤和岩石样品的采集方式。采样机构末端执行器的设计与优化对于... 详细信息

火星着陆探测是世界各国深空探测的重点，也是我国探测的主要目标之一，而表取采样则是火星着陆探测最有效且易实现的方式。表取采样是通过挖、铲和夹持，获取火星表面火星壤和岩石样品的采集方式。采样机构末端执行器的设计与优化对于提高探测器工作效率及工作稳定性具有重要意义。研究通过工程仿生学原理进行表取采样铲的仿生设计、性能分析，以期为表取采样器的设计提供新的设计方法和思路。自然界中的穴居动物具有优异的挖掘和翻土功能，其爪趾在结构和功能上与采样铲具有相似之处。通过分析，研究选取喜马拉雅旱獭前爪趾作为表取采样器仿生设计的生物原型。采用体视显微镜、扫描电子显微镜对爪趾表面进行观察，获得爪趾表面的细观结构；采用三维激光扫描仪获取前爪第二趾的特征点云数据，获取爪趾的特征点云及爪趾三维模型。对获得的特征点云利用数学处理软件Matlab进行数值拟合，获得仿生设计的曲线控制方程。结构仿生是将生物体结构研究与工程力学等基本方法相结合，对机械装置等进行改造，以达到对原有结构的优化，使之具备更优的性能。基于结构仿生学的基本原理，以及目前在火星表取采样过程中成功应用的采样铲，设计不同结构形式的仿生采样铲。利用表取采样实验台及模拟火星壤进行仿真有效性的验证试验，考察仿生采样铲与原型采样铲在采样铲受力、采样铲扭矩变化的规律。试验中发现，对于铲取采样，仿生采样铲在采样入土角为45°，采样速度分别为200mm/min、400mm/min、600mm/min、800mm/min、1000mm/min时，仿生采样铲在轴线方向上受到最大采样阻力比原型铲分别降低36.5%、34.9%、28.1%、44.8%、38.9%。对于挖取采样，仿生设计的挖取采样铲WⅠ-2相比于原型采样铲在采样入土角度相同、采样速度0.11r/min、0.33r/min、0.56r/min情况下采样扭矩消耗值降低了55.6%、49.6%、57.6%。采用离散元软件模拟采样过程中仿生采样铲、原型采样铲与模拟火壤的相互作用，并细观分析爪趾掘土过程，探究内外轮廓在掘土过程中的不同作用。通过离散元软件模拟低重力条件下的采样行为，分析重力环境及仿生因素在细观尺度上对采样行为的影响。本文研究内容可以为火星表取采样末端执行器设计提供参考。

关键词：表取采样结构仿生旱獭爪趾采样铲离散元

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绳驱式表取采样机械臂的设计研究

绳驱式表取采样机械臂的设计研究

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中国宇航学会深空探测技术专业委员会第九届学术年会

作者：王印超赖小明杨学宁李建永陈化智陶建国哈尔滨工业大学宇航空间机构及控制研究中心北京卫星制造厂北华大学机械工程学院

本文将以自动获取月球表面月壤样品为工程目标,开展针对月球表层样品的采集、初级封装和转移方案的研究,提出一种可用于表取采样的绳驱式机械臂方案,并对该机械臂的工作原理和动作流程进行了详细的分析。对绳驱式机械臂进行结构设计,钢... 详细信息

本文将以自动获取月球表面月壤样品为工程目标,开展针对月球表层样品的采集、初级封装和转移方案的研究,提出一种可用于表取采样的绳驱式机械臂方案,并对该机械臂的工作原理和动作流程进行了详细的分析。对绳驱式机械臂进行结构设计,钢丝绳驱动使整个机械臂的结构紧凑,减轻机械臂整体重量的同时增大了采样空间范围。同时设计了与绳驱式机械臂配合的定位装置,克服绳驱式机械臂运动精度不高的问题,分析了机械臂肩关节的力载特性,为其工程样机的研发提供参考依据。

关键词：绳驱式表取采样机械臂定位装置

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月面表取采样过程中铲/土作用仿真分析

月面表取采样过程中铲/土作用仿真分析

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2018中国农业机械学会学术年会

作者：林云成邹猛张荣荣袁宝峰王康李建桥中国空间技术研究院总体部北京 100083 吉林大学工程仿生教育部重点实验室长春130022

为研究表取采样过程中采样铲与月壤的相互作用,文章采用离散元-有限元耦合方法,仿真分析重力场、采样速度、入土角对采样阻力的影响.分析得到：采样速度 15mm/s时,入土角 60°比 45°最大采样阻力增加了 59%;入土角 60°时... 详细信息

为研究表取采样过程中采样铲与月壤的相互作用,文章采用离散元-有限元耦合方法,仿真分析重力场、采样速度、入土角对采样阻力的影响.分析得到：采样速度 15mm/s时,入土角 60°比 45°最大采样阻力增加了 59%;入土角 60°时,采样速度 15mm/s比 10mm/s的最大采样阻力增加了 15.9％;1g重力条件下采样阻力最大,且重力每增加 1/6g,采样阻力增加30％～40％;与有限元结合进行应力分析,得到采样角度 60°、采样速度 15mm/s时,采样铲最大应力值达到 2.25KPa.研究表明,重力环境、采样角度相对于采样速度对采样阻力影响较大,且随着重力、角度的增加,采样阻力迅速增大;同时得到在铲挖阶段,采样铲应力集中在铲尖处,且随着远离铲尖应力逐渐减小.以上研究课为嫦娥五号表取采样提供参数和依据.

关键词：表取采样采样铲离散元采样阻力

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基于触月压痕的表层月壤力学状态试验分析

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吉林大学学报（工学版） 2022年第3期52卷 497-503页

作者：薛龙姚猛李立犇李因武邓湘金李建桥邹猛江西农业大学江西省现代农业装备重点实验室南昌330045 中国空间技术研究院北京空间飞行器总体设计部北京100094 吉林大学工程仿生教育部重点实验室长春130022

以触月传感器触月压痕为研究对象,通过压痕的几何特征参数和触月压力,结合最小二乘法建立了采样区域表层月壤的承压模型,确定了表层月壤的软硬程度。应用3种模拟月壤(CE5_1、CE5_2、CE5_3),以相对密实度为依据,把模拟月壤整备为松软、... 详细信息

以触月传感器触月压痕为研究对象,通过压痕的几何特征参数和触月压力,结合最小二乘法建立了采样区域表层月壤的承压模型,确定了表层月壤的软硬程度。应用3种模拟月壤(CE5_1、CE5_2、CE5_3),以相对密实度为依据,把模拟月壤整备为松软、中密和高密3种状态。共采集试验数据264组,每种模拟月壤的试验数据按照3∶2的比例随机划分为建模组和预测组。预测组中预测正应力与实际正应力的相关系数分别为0.985、0.965和0.971。结果表明,该模型可以对表层月壤的承压能力进行评估,用于判别表层月壤的软硬程度,为表取采样深度的确定提供参考。

关键词：地面力学表取采样月壤承压特性

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嫦娥五号采样封装系统设计与实现

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中国科学：技术科学 2021年第7期51卷 753-762页

作者：邓湘金郑燕红金晟毅姚猛赵志晖李昊璘姜水清王国欣北京空间飞行器总体设计部北京100094 兰州空间技术物理研究所兰州730000 北京卫星制造有限公司北京100080

嫦娥五号探测器成功实现了中国首次月球无人采样返回任务,采样封装是任务的重要环节之一,先后获取了深度剖面和多点表面月球样品,并完成了月球样品的极低漏率密封.本文首先分析了嫦娥五号采样封装工作的任务特点,论述了高可靠采样、非... 详细信息

嫦娥五号探测器成功实现了中国首次月球无人采样返回任务,采样封装是任务的重要环节之一,先后获取了深度剖面和多点表面月球样品,并完成了月球样品的极低漏率密封.本文首先分析了嫦娥五号采样封装工作的任务特点,论述了高可靠采样、非定结构封装、关键环节测量、系统集成验证、在轨操控等关键技术的实现方案,阐述了采样封装产品的技术特点,并对月面采样封装期间的钻取采样、表取采样、密封封装等在轨实施情况进行了总结.月面采样封装工作结果表明,采样封装系统方案设计正确、地面验证充分、器地一体化操控高效,圆满完成了我国首次月面采样封装工作.

关键词：嫦娥五号采样封装钻取采样表取采样密封封装

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基于触月传感器压痕的月面力学参数反演

基于触月传感器压痕的月面力学参数反演

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作者：李立犇吉林大学

学位级别：硕士

月壤的力学性能参数对采样过程中的采样轨迹及挖掘深度具有重要指导意义。压痕是触月部件在月壤上留下的痕迹。为了获取采样区域的月壤力学特性,本文首先针对CE-5标称模拟月壤、CE-5挑战模拟月壤、CE-5极端模拟月壤和JLU-2模拟月壤等四... 详细信息

月壤的力学性能参数对采样过程中的采样轨迹及挖掘深度具有重要指导意义。压痕是触月部件在月壤上留下的痕迹。为了获取采样区域的月壤力学特性,本文首先针对CE-5标称模拟月壤、CE-5挑战模拟月壤、CE-5极端模拟月壤和JLU-2模拟月壤等四种模拟月壤进行了触月压痕试验,试验发现同一种模拟月壤在同一种状态下,随着X角度变化,短边长逐渐变短,长边长和宽逐渐变长,深度和面积逐渐增加。然而,随着Y角度的变化,压痕的几何参数基本保持不变。文章对不同状态下模拟月壤的进行压痕试验,通过支持向量机方法建立压痕特征参数与模拟月壤状态之间的关联。分别建立了CE-5标称模拟月壤、CE-5挑战模拟月壤、CE-5极端模拟月壤和JLU-2模拟月壤等四种模拟月壤的状态估计模型,主要用于对模拟月壤的状态(松软、中密和密实)进行估计。对应分类准确率分别为93.75%、87.5%、91.67%和77.08%。编写了压痕的表取深度及月面力学特性反演专家决策系统,更多的软件信息,还可以参见该软件的在线帮助文件。本文建立了着陆区域月壤力学参数非参数化和参数化反演模型,编写了反演分析算法(Matlab GUI程序),并编写了采样深度建议专家系统(VB)。

关键词：表取采样模拟月壤力学参数图像识别压痕反演

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