小行星探测器锚固控制系统的设计及其实验研究

发布时间：2017-10-03 02:02

  本文关键词：小行星探测器锚固控制系统的设计及其实验研究

  更多相关文章： 小行星探测 软着陆 锚固控制系统 切割锚固 运动控制 实验研究

【摘要】：小行星探测是当前深空探测的热点领域之一,对研究太阳系起源和空间资源开发有着十分重要的意义。小行星着陆是小行星探测最直接、有效的方法。然而,考虑到小行星表面微重力环境的影响,要完成探测器在小行星表面的软着陆,必须先实现附着锚固。以此为背景,本文对小行星探测器的附着锚固技术进行了深入研究。通过分析小行星探测器在附着锚固时受到的约束条件,提出了几种可能的附着锚固方案,并对每种方案的工作原理、适用条件和可靠性进行了研究。对比之后,提出了一种基于切割的锚固控制系统设计方案。在对该系统进行搭建之前,本文首先进行了理论研究。通过岩石切割建模和锚固腿的运动学、动力学建模,分析了锚固切割过程中位移、力和力矩的变化规律。然后,根据提出的锚固腿切割运动模型,设计了对应的轨迹规划和控制算法。整个锚固控制系统的搭建过程主要分为两个部分,分别是原理样机设计和软件设计。原理样机设计主要包含了机械结构设计和硬件电路设计。机械结构设计主要通过Solidworks软件来完成。硬件电路可以分为电机驱动控制模块、电流检测模块和切割力检测模块这三个子模块,整个设计工作包括电机的选取、电子元器件的选择、原理图和PCB板的设计等。通过软件需求分析,将系统的软件设计分为电流检测程序、切割力检测程序和上位机控制程序。其中,上位机控制程序利用离散化的思想实现了锚固腿切割运动控制,同时还提供了串口通信、单关节运动控制和状态更新等功能,使操作者可以通过人机交互界面很方便对整个系统进行控制。本文最后,对基于切割的锚固控制系统进行了实验研究。通过运动学和动力学仿真实验,验证了系统设计的可行性。然后,对系统分别进行了岩石切割实验和三腿锚固试验,分析了锚固过程中力和电流的变化规律,验证了系统的可靠性和有效性。
【关键词】：小行星探测 软着陆 锚固控制系统 切割锚固 运动控制 实验研究
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P185.7;V476
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 小行星探测研究现状10-13
• 1.2.2 小行星表面附着锚固现状13-14
• 1.2.3 研究现状总结14
• 1.3 本文的研究内容和结构安排14-17
• 第二章 小行星探测器锚固控制系统方案设计17-29
• 2.1 小行星表面附着锚固方案概述17-21
• 2.1.1 探测器星体表面锚固作业流程17
• 2.1.2 风化层和碎石层去除方案17-18
• 2.1.3 岩石层附着锚固方案18-21
• 2.2 基于切割的锚固控制系统方案设计21-26
• 2.2.1 设计方案概述21-22
• 2.2.2 系统建模分析22-26
• 2.3 本章小结26-29
• 第三章 基于切割的锚固控制系统原理样机设计29-43
• 3.1 样机系统概述29-30
• 3.2 机械结构设计30-33
• 3.3 硬件电路设计33-42
• 3.3.1 电机驱动控制模块33-40
• 3.3.2 电流检测模块40-41
• 3.3.3 切割力检测模块41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 基于切割的锚固控制系统软件设计43-55
• 4.1 软件需求分析43
• 4.2 软件开发环境及驱动库简介43-44
• 4.3 电流检测程序设计44-46
• 4.4 切割力检测程序设计46-47
• 4.5 上位机控制程序设计47-54
• 4.5.1 锚固腿运动控制程序设计48-51
• 4.5.2 串口通信程序设计51-52
• 4.5.3 人机交互界面程序设计52-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第五章 基于切割的锚固控制系统实验研究55-65
• 5.1 锚固系统仿真实验55-58
• 5.1.1 运动学仿真55-56
• 5.1.2 动力学仿真56-58
• 5.2 锚固腿运动控制实验58-59
• 5.3 锚固腿岩石切割实验59-62
• 5.3.1 不同种类的岩石切割59-61
• 5.3.2 不同角度的岩石切割61-62
• 5.4 三腿锚固实验62-63
• 5.5 本章小结63-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 本课题的工作总结65
• 6.2 未来的工作展望65-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-73
• 作者在学期间的成果73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张永清;;谈对反函数概念的理解[J];新课程(下);2015年02期

2 王金奎;;蜗轮蜗杆减速机的应用及维护[J];黑龙江冶金;2015年01期

3 王开强;张柏楠;王悦;刘欢;武江凯;李志海;;载人小行星探测的任务特点与实施途径探讨[J];航天器工程;2014年03期

4 吴伟仁;于登云;;深空探测发展与未来关键技术[J];深空探测学报;2014年01期

5 司马;;世界掀起小行星探测新高潮[J];国际太空;2014年02期

6 史子静;;PB中数据更新的错误及事件锁的引入[J];计算机光盘软件与应用;2013年20期

7 赵常寿;韦宏强;樊蓉;;基于MFC单文档定时器的Vega Prime应用程序设计[J];电脑编程技巧与维护;2013年17期

8 赵志军;赵京东;刘宏;;小行星着陆器锚系统及其实验研究[J];南京航空航天大学学报;2013年04期

9 ;“嫦娥二号”卫星成功实现对小行星4179的飞越探测[J];飞行器测控学报;2012年06期

10 ;Investigation on the development of deep space exploration[J];Science China(Technological Sciences);2012年04期

，

本文编号：962497