多级锁合仿生黏附捕获机构的设计及试验测试研究

发布时间：2020-07-30 21:57

【摘要】：在太空中抓捕和操控非合作目标是载人航天的关键性技术,目前一个亟待解决的问题就是清理空间碎片。许多传统的在地球表面的机械抓捕技巧在太空中却是不可行的,而自然界中大壁虎的黏附却为该问题的解决提供了新的方法和途径——黏附抓捕。为了验证黏附抓捕方式的可行性并探索仿生黏附材料在航天领域的新的应用前景,本文展开了如下工作。1.分析了大壁虎在竖直表面的黏-脱附运动行为以及黏附自锁合的运动轨迹,结合大壁虎的生物结构,设计了一种仿生黏附机构,主要包括机身、柔性驱动和仿生脚掌(脚爪)机构;对空间黏附捕获机构的工作形式和驱动方式进行了初步的规划,并制作了仿生空间黏附捕获机构样机。2.优化了空间黏附捕获机构的黏附单元关键参数,使其在给定接触力下产生的黏附力最大化;建立了机构在实际碰撞载荷条件下的双质体弹簧阻尼模型;对机构的碰撞-黏附行为和机理进行了初步分析,并为进一步的试验研究方案的参数和指标提供指导。3.在气浮台模拟微重力环境下,测试了捕获装置在不同碰撞速度、不同碰撞角度以及采用不同密度丛状黏附材料时碰撞-黏附行为和接触力;通过黏附脚爪的数目、撕脱过程中的脱附力,定义了黏附安全裕度来评价样机的性能;得到了仿生黏附机构捕获的适用参数边界阈值以及最优工作参数,为黏附捕获机构的空间应用提供了试验指导。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V423
【图文】：

南京航空航天大学硕士学位论文.2 国内外研究现状.2.1 空间捕获对接技术的发展第一个人造卫星于 1957 年 10 月 4 日成功发射，标志着人类从此迈入航天时代。从那始，美国和前苏联相继开始对空间交会对接技术进行探索和研究，并取得了丰硕的研究成半个多世纪的时间里，空间交会对接技术作为人类探索太空的关键性技术，得到了迅速，研究人员们设计研发了大量的空间合作目标与非合作目标的对接机构或捕获机构[1]。图述了空间交会对接技术的发展历史。本文列举了几个比较突出的交会对接项目并作介绍如

图 1.1 交会对接技术发展历程日本）于1997年成功研制发射ETS-VII，作为首个能实现自主飞行的空间机实验的航天器结构如图 1.2 所示。该机械臂连接刚度高、可扩展性强3 个手指进行对接。可以搭载多种功能末端完成各项试验任务[2, 3]，但Grapple Fixture（GPF）的目标，无法抓取一般性的漂浮目标。

多级锁合仿生黏附捕获机构的设计及试验测试研究由美国国防部研制的“Orbital Express”(“轨道快车”)于 2007 年 3 月成功发射，是世界上第二个能实现自主飞行的空间机器人系统，可用于在轨侦查以及延长卫星寿命。如图 1.3 所示，“轨道快车”同样采用专用的对接机构及对接接口，也不具有一般性。

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

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本文编号：2776135