摘要：研制了用于检测输油管道内壁缺陷的无缆管内机器人检测系统,给出了模块单元串联结构系统组成及实现要求.机器人采用六支撑轮移动机构,通过电驱动行走实现对缺陷位置的精确定位;分析了模块单元两种铰接结构设计及对布线的影响;详细研究了机器人电控系统的结构设计及试验方案,以及提高机器人结构可靠性的具体设计方法及解决措施.样机试验验证了机器人关键技术设计的可行性与有效性,奠定了在特殊环境下的应用基础.

摘要：对月球次表层钻取采样外螺旋钻杆的输土阻力进行理论分析。基于散体力学中连续介质假设,建立钻杆回转输土阻力矩模型。利用该模型分析钻杆直径、螺旋升角等结构参数与输土阻力矩变化的关系,给出参数选择范围。以钻杆输土所消耗的功率为目标,以钻杆结构参数为变量,对钻杆结构参数进行优化设计,使优化后的钻杆平均输土功率降低了30.5%。对结构优化后的钻杆输土阻力进行测试试验,验证了钻杆输土阻力矩随深度增加而变大的趋势。研究成果能为月球次表层采样钻杆设计提供理论依据。

摘要：针对气吹法进行引缆作业时所需设备复杂、价钱昂贵、工作条件要求苛刻的缺点,研究开发了一种用磁力作用进行光纤引缆的新型引缆作业装置,分别对电磁与永磁式引缆装置进行结构设计与制造.该装置具有结构简单、成本低廉、操作可靠、工作效率高、使用寿命长等优点.

摘要：以月球次表层钻进取样工程为应用背景,从功能组成角度定义了月球取样钻头的子结构,将排屑通道优化设计作为钻头构型改进重点。采用曲面基体和空间螺旋曲线包络方式设计排屑通道,并对排屑通道进行了微分几何建模,设计了一种新型曲面构型钻头。通过多种典型构型钻头在模拟月壤条件下的负载对比实验对该构型进行了测试,结果表明该新型钻头的负载约为其他构型钻头的30%~45%。最后,还从细观角度应用离散单元仿真方法验证了曲面螺旋翼钻头具有优良的大颗粒适应性。

摘要：提出了通过调节摩擦阻力间接调节机器人速度的方法。在介绍了振动减摩机理基础上,设计了振动减摩节流盘,并详细阐述了节流盘的工作原理。通过实验验证了该方法的可行性。

摘要：为了提高月球车着陆释放机构对各种复杂环境的适应性,综合了不同释放环境后给出了具有代表意义的极限释放环境.根据极限释放环境和释放过程对释放机构的运动要求,通过建立释放机构D-H矩阵,采用运动轨迹规划方法,得出了摇臂式释放机构的运动规律曲线;按照该运动规律曲线,引入不完全轮系作为传动约束,设计了分段渐倾式、摇臂式释放机构.实验结果表明,在月球车释放过程中,释放机构实测运动规律与理论运动规律吻合较好,在极限俯仰、极限侧倾和存在石块的释放环境下,该释放机构均能顺利完成月球车释放任务.

摘要：针对月球极区永久阴影坑深低温环境下,月壤水冰的硬度和机械强度很高,铲挖、钻进等常规采样方式难以实现低耗、快速采样的问题,提出了利用火工爆燃作动的动能侵彻方式快速构建月壤剖面孔洞,利用机械臂将采样工具送至孔内实施样品精确采集的新采样方法,并据此设计了新型月壤水冰采样系统。设计并研制了侵彻单元工程样机,基于力学等效性原则制备了拟实靶体,对工程样机的侵彻效能开展了试验验证。试验结果表明,对于单轴抗压强度30 MPa的模拟月壤水冰力学等效物能实现快速侵彻,侵彻深度可达234 mm,侵彻时间优于1 s。提出的侵彻式造孔和采样方法具有轻量化、低能耗、高效率、高强度月壤对象突破能力强等突出优势,可为后续月壤水冰采样探测任务提供有益借鉴。

摘要：根据地外星体探测取心钻具的功能要求,研制出一种具有阻隔环的新型结构钻头,以解决取心钻头取心率低的问题。对主、副切削具在取心过程中使星壤产生的失效形式进行分析,并建立切削模型和星壤侧向失效模型。根据郎肯被动土压力原理,建立阻隔环对星壤样心的阻隔模型。以月球土壤为例,分析副切削具的结构参数对取心率的影响。试验结果表明有阻隔环结构的钻头能有效地提高星壤取心率。研究结论可为我国探月工程月面采样钻头的设计提供理论依据。

摘要：钻取采样是人类获取月球岩石类样品的重要手段,钻进负载的稳定性是确保月岩采样任务成功的关键因素。由于岩石属性直接决定其可钻性等级,并影响钻进负载,有必要在地面环境中,分析岩石本构模型与钻进负载之间的关系,构建不同可钻性等级的岩石样本模型,开展模拟钻进试验,获知不同钻进参数下岩石采样的钻进载荷变化情况。据此,将地面条件下大理岩样本选作模拟月岩切削特性的研究对象,基于二维颗粒流程序(Particle flow code 2 dimensions,PFC2D),建立小切削深度下仿真分析模型。利用Plackett-Burman试验(PB试验)和中心组合设计(Central composite design,CCD)方法,确定影响岩石切削特性的微观参数,开展不同切削深度下的模拟月岩切削负载试验验证。经仿真分析与试验验证能得到与岩石切削特性相对应的离散元模型,试验结果表明该仿真模型在较小切削深度条件下的切削负载变化规律与实际情况一致。通过研究获得了一种建立模拟月岩离散元切削模型的建模方法,为后续分析钻头/切削刃构型参数对钻进/切削负载的影响提供了研究条件。

摘要：针对轮式管道机器人在遇到弯管或不规则管时会发生运动干涉的问题,提出将三轴差动轮系引入管道机器人驱动系统中,使轮式管道机器人具有对管道环境的自动适应性能,并对机械自适应管道机器人的机械结构进行了设计与研究.同时,对管道机器人进行了三维建模及运动仿真分析,验证了应用三轴差动轮系的管道机器人具有较强的弯管适应能力及管内运动的稳定性.该机器人具有适应能力强、结构紧凑、驱动效率高、工作可靠及成本低的特点.