本文關(guān)鍵詞：小行星探測器錨固控制系統(tǒng)的設(shè)計及其實驗研究

  更多相關(guān)文章： 小行星探測 軟著陸 錨固控制系統(tǒng) 切割錨固 運動控制 實驗研究

【摘要】：小行星探測是當(dāng)前深空探測的熱點領(lǐng)域之一,對研究太陽系起源和空間資源開發(fā)有著十分重要的意義。小行星著陸是小行星探測最直接、有效的方法。然而,考慮到小行星表面微重力環(huán)境的影響,要完成探測器在小行星表面的軟著陸,必須先實現(xiàn)附著錨固。以此為背景,本文對小行星探測器的附著錨固技術(shù)進行了深入研究。通過分析小行星探測器在附著錨固時受到的約束條件,提出了幾種可能的附著錨固方案,并對每種方案的工作原理、適用條件和可靠性進行了研究。對比之后,提出了一種基于切割的錨固控制系統(tǒng)設(shè)計方案。在對該系統(tǒng)進行搭建之前,本文首先進行了理論研究。通過巖石切割建模和錨固腿的運動學(xué)、動力學(xué)建模,分析了錨固切割過程中位移、力和力矩的變化規(guī)律。然后,根據(jù)提出的錨固腿切割運動模型,設(shè)計了對應(yīng)的軌跡規(guī)劃和控制算法。整個錨固控制系統(tǒng)的搭建過程主要分為兩個部分,分別是原理樣機設(shè)計和軟件設(shè)計。原理樣機設(shè)計主要包含了機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和硬件電路設(shè)計。機械結(jié)構(gòu)設(shè)計主要通過Solidworks軟件來完成。硬件電路可以分為電機驅(qū)動控制模塊、電流檢測模塊和切割力檢測模塊這三個子模塊,整個設(shè)計工作包括電機的選取、電子元器件的選擇、原理圖和PCB板的設(shè)計等。通過軟件需求分析,將系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為電流檢測程序、切割力檢測程序和上位機控制程序。其中,上位機控制程序利用離散化的思想實現(xiàn)了錨固腿切割運動控制,同時還提供了串口通信、單關(guān)節(jié)運動控制和狀態(tài)更新等功能,使操作者可以通過人機交互界面很方便對整個系統(tǒng)進行控制。本文最后,對基于切割的錨固控制系統(tǒng)進行了實驗研究。通過運動學(xué)和動力學(xué)仿真實驗,驗證了系統(tǒng)設(shè)計的可行性。然后,對系統(tǒng)分別進行了巖石切割實驗和三腿錨固試驗,分析了錨固過程中力和電流的變化規(guī)律,驗證了系統(tǒng)的可靠性和有效性。
【關(guān)鍵詞】：小行星探測 軟著陸 錨固控制系統(tǒng) 切割錨固 運動控制 實驗研究
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P185.7;V476
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 課題研究背景及意義9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-14
• 1.2.1 小行星探測研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.2 小行星表面附著錨固現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 研究現(xiàn)狀總結(jié)14
• 1.3 本文的研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排14-17
• 第二章 小行星探測器錨固控制系統(tǒng)方案設(shè)計17-29
• 2.1 小行星表面附著錨固方案概述17-21
• 2.1.1 探測器星體表面錨固作業(yè)流程17
• 2.1.2 風(fēng)化層和碎石層去除方案17-18
• 2.1.3 巖石層附著錨固方案18-21
• 2.2 基于切割的錨固控制系統(tǒng)方案設(shè)計21-26
• 2.2.1 設(shè)計方案概述21-22
• 2.2.2 系統(tǒng)建模分析22-26
• 2.3 本章小結(jié)26-29
• 第三章 基于切割的錨固控制系統(tǒng)原理樣機設(shè)計29-43
• 3.1 樣機系統(tǒng)概述29-30
• 3.2 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計30-33
• 3.3 硬件電路設(shè)計33-42
• 3.3.1 電機驅(qū)動控制模塊33-40
• 3.3.2 電流檢測模塊40-41
• 3.3.3 切割力檢測模塊41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 基于切割的錨固控制系統(tǒng)軟件設(shè)計43-55
• 4.1 軟件需求分析43
• 4.2 軟件開發(fā)環(huán)境及驅(qū)動庫簡介43-44
• 4.3 電流檢測程序設(shè)計44-46
• 4.4 切割力檢測程序設(shè)計46-47
• 4.5 上位機控制程序設(shè)計47-54
• 4.5.1 錨固腿運動控制程序設(shè)計48-51
• 4.5.2 串口通信程序設(shè)計51-52
• 4.5.3 人機交互界面程序設(shè)計52-54
• 4.6 本章小結(jié)54-55
• 第五章 基于切割的錨固控制系統(tǒng)實驗研究55-65
• 5.1 錨固系統(tǒng)仿真實驗55-58
• 5.1.1 運動學(xué)仿真55-56
• 5.1.2 動力學(xué)仿真56-58
• 5.2 錨固腿運動控制實驗58-59
• 5.3 錨固腿巖石切割實驗59-62
• 5.3.1 不同種類的巖石切割59-61
• 5.3.2 不同角度的巖石切割61-62
• 5.4 三腿錨固實驗62-63
• 5.5 本章小結(jié)63-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 本課題的工作總結(jié)65
• 6.2 未來的工作展望65-67
• 致謝67-69
• 參考文獻69-73
• 作者在學(xué)期間的成果73

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張永清;;談對反函數(shù)概念的理解[J];新課程(下);2015年02期

2 王金奎;;蝸輪蝸桿減速機的應(yīng)用及維護[J];黑龍江冶金;2015年01期

3 王開強;張柏楠;王悅;劉歡;武江凱;李志海;;載人小行星探測的任務(wù)特點與實施途徑探討[J];航天器工程;2014年03期

4 吳偉仁;于登云;;深空探測發(fā)展與未來關(guān)鍵技術(shù)[J];深空探測學(xué)報;2014年01期

5 司馬;;世界掀起小行星探測新高潮[J];國際太空;2014年02期

6 史子靜;;PB中數(shù)據(jù)更新的錯誤及事件鎖的引入[J];計算機光盤軟件與應(yīng)用;2013年20期

7 趙常壽;韋宏強;樊蓉;;基于MFC單文檔定時器的Vega Prime應(yīng)用程序設(shè)計[J];電腦編程技巧與維護;2013年17期

8 趙志軍;趙京東;劉宏;;小行星著陸器錨系統(tǒng)及其實驗研究[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報;2013年04期

9 ;“嫦娥二號”衛(wèi)星成功實現(xiàn)對小行星4179的飛越探測[J];飛行器測控學(xué)報;2012年06期

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

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本文編號：962497