面向月球陨石坑探测的蛇形机器人运动特性研究

发布时间：2021-03-03 08:27

　　在航空航天领域的月球采样方向,由于月壤平均厚度过高,以及采样系统自身动力限制,采集深层次的月壤样本难度很大。月球陨石坑的崖壁处月壤堆积层次分明,钻进深度会显著减少,但常见的探测装置难以适应倾斜度较大的崖壁环境。本文提出了利用蛇形机器人对陨石坑探测的创新概念,蛇形机器人重心低、稳定性好、灵活性高、环境适应力强,可高效的对采样工作进行支持。针对以上问题,本文基于蛇的生物特征设计了蛇形机器人的系统构型,建立了陨石坑崖壁环境下的机器人动力学模型,搭建离散元技术-多体动力学联合仿真平台,建立月壤环境模型,对蛇形机器人的运动策略进行了优化研究。探究了生物蛇的特征和运动步态,基于仿生原理和月壤环境设计了蛇形机器人的系统构型,设计头部、关节、尾部多模块正交连接,并合理选择驱动方式,设计了转动环部件增加在月壤环境下的密封性。合理对三维结构进行多次简化至仿真分析专用模型。建立坐标模型,分析地面摩擦力模型,建立单节模块的地面摩擦力模型;基于压力沉陷理论,建立单节模块的月壤阻力模型;最后建立蛇形机器人整体受力方程。基于离散元理论,利用分形维数概念建立多种月壤颗粒模型,堆积陨石坑初始月壤环境,模拟陨石坑环境;基... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1月球地貌分布图

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文过陨石撞击形成的陨石坑崖壁，在相同的厚度将会存在更长年代的月壤因此，对月崖的地质剖面进行探测，可以极大地促进人类对月球构造的认。开展月球陨石坑崖壁探测机器人技术的研究，对于实现月球探测的科具有极其重要的价值和意义。

展现状及的蛇形机器人方面的技术，对国内外具有了解。蛇形机器人重心低，灵活度高的特点人发展现状机器人领域的先驱，研制了很多种蛇形机器蛇形机器人，其机器人原型 Active Cord M型由一系列互连模块组成，每个模块内部持免在移动时横向滑动并减少切向摩擦，在每控制仍采用主控制方式，没有准确的反馈控机器人由于结构上的原因，只能实现平面旋足实际用途[21-29]。

【参考文献】：
期刊论文
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[3]基于离散单元法多孔陶瓷微球骨支架的微观结构分析[J]. 魏庆华,汪焰恩,杨明明,魏生民.  工具技术. 2013(12)
[4]基于离散单元法的节理岩体支护分析[J]. 于崇,李国文,夏祥,周青春.  岩石力学与工程学报. 2013(S2)
[5]基于离散单元法的滑坡堆积及其涌浪计算[J]. 徐寅,陈胜宏.  岩土力学. 2012(09)
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[7]离散单元法的基本原理及其在岩体工程中的应用[J]. 侴万禧.  岩石力学与工程学报. 1986(02)

博士论文
[1]攀爬蛇形机器人的研究[D]. 孙洪.上海交通大学 2007

硕士论文
[1]蛇形机器人结构设计与运动控制研究[D]. 王生栋.哈尔滨工业大学 2016



本文编号：3060949