月壤表層采樣抓取式末端執(zhí)行器構(gòu)型設(shè)計與結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、我國探月三期工程主要任務(wù)目標(biāo)為月壤的無人自主采集與返回,其中對表層月壤的多點多次采集是采樣任務(wù)的重要組成部分,取得的表層月壤可用于研究月壤形成原因及太空風(fēng)化等月面環(huán)境因素對月壤的影響,同時,表層采樣具有采樣量大、適應(yīng)性強(qiáng)的特點,能夠提高月壤采樣任務(wù)的可靠性,保證取得足夠的月壤樣品。應(yīng)用機(jī)械臂攜帶采樣裝置進(jìn)行表層采樣,是一種行之有效的方法,在國外已有的星球采樣任務(wù)中曾多次成功運用,末端執(zhí)行器作為表層采樣機(jī)械臂的功能部件,直接用于樣品采集,

2、其結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了采樣的方式及原理,其性能優(yōu)劣直接影響表層采樣任務(wù)的完成效果,因此,對月壤表層采樣機(jī)械臂末端執(zhí)行器進(jìn)行研究具有重大意義。
　　本文針對月壤表層采樣及初級封裝的任務(wù)目標(biāo),提出了一種集成固型封裝功能的抓取式月壤表層采樣機(jī)械臂末端執(zhí)行器構(gòu)型,能夠通過單電機(jī)驅(qū)動實現(xiàn)采樣與封裝固型功能,解決了功能集成與結(jié)構(gòu)力求簡單之間的矛盾?；跈C(jī)構(gòu)學(xué)原理,建立了采樣機(jī)構(gòu)的設(shè)計模型,并運用符號表達(dá)模式進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計,獲得了多種可行機(jī)構(gòu)方案,采用

3、模糊評價的方法進(jìn)行優(yōu)選,并設(shè)計了與優(yōu)選出的采樣機(jī)構(gòu)相集成的封裝固型機(jī)構(gòu)。
　　為掌握抓取采樣的力學(xué)特性,建立了月壤抓取的參數(shù)化模型,基于月壤特性及土力學(xué)原理,對月壤抓取采樣過程中受到的阻力進(jìn)行分析,明確了抓取式采樣末端執(zhí)行器的受載特點及主要載荷形式,確定了抓取過程中抓取“困難點”的位置;分析了月壤力學(xué)特性參數(shù)對抓取阻力特性的影響,得到了向上反力、抓取阻力矩對于結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的響應(yīng)程度,為后續(xù)參數(shù)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
　　對抓取采樣最

4、優(yōu)過程進(jìn)行了研究。在確立月壤抓取量參數(shù)關(guān)系的基礎(chǔ)上,以抓取量最大為目標(biāo),對抓取參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計;為進(jìn)一步研究最優(yōu)的抓取采樣過程,采用遺傳算法對抓取量及抓取阻力矩進(jìn)行了雙目標(biāo)優(yōu)化,求得了Pareto最優(yōu)解集,確定了抓取量與阻力矩的最優(yōu)值;根據(jù)優(yōu)化得到的參數(shù),在Adams/View中建立了采樣機(jī)構(gòu)的參數(shù)化模型,對采樣機(jī)構(gòu)的內(nèi)部驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,并通過仿真分析對優(yōu)化后的采樣機(jī)構(gòu)的力學(xué)特性和運動特性進(jìn)行驗證。
　　研究了