摘要：介绍一种2-维力传感器的新结构和独特的贴片位置,分析了不同结构以及该结构关键尺寸的变化对传感器性能的影响。以获得贴片区域最大的应变量为目标,通过结构静力分析和模态分析对传感器的结构进行优化设计。传感器量程为±5N,分辨力达到2mN,实验表明该传感器具有很好的性能。

摘要：为了考察柔性多体特征对航天器分离姿态的影响,提出同时考虑太阳翼和分离舱的柔性,采用分离动力学及刚柔耦合动力学分析方法,建立航天器柔性多体动力学模型,通过航天器柔性多体分离动力学分析,解决了太阳翼和分离舱柔性特征对航天器分离姿态的影响问题,利用优化分析方法对航天器分离多参数影响进行了优化分析,得出了航天器分离姿态的极限情况,分析结果为弹簧分离机构的优化设计和分离安全性设计提供了理论参考,同时对空间站、载人航天、探月工程等国家重大项目的开展奠定了基础。

摘要：航天器在轨分离属于空间微重力环境下的多体动力学,而液体晃动属于复杂的非线性动力学,本文采用光滑粒子流体动力学方法(SPH方法)模拟航天器贮箱中带有自由表面的液体非线性晃动,建立了含贮箱液体晃动的航天器耦合分离动力学模型,通过航天器分离动力学及流-固耦合动力学分析,解决了贮箱燃料液体大幅晃动对航天器分离姿态的影响问题,给出了液体晃动对航天器产生的干扰力和力矩,对比了考虑液体晃动和假设贮箱液体为刚体得到航天器分离姿态的差异,不同液面高度对航天器分离姿态、干扰力和力矩的影响情况,分析结果为弹簧分离机构的优化设计和分离安全性设计提供参考,同时提高了航天器在轨姿态控制设计的可靠性.

摘要：嫦娥五号轨道器实现了中国首次月球轨道的多次分离任务.月球探测器重量限制苛刻,月球轨道空间环境复杂,连接分离任务可靠性、安全性要求高,分离系统的设计与验证难度大.本文介绍了轨道器分离系统的功能与组成、各分离面的配置、关键单机方案、分离动力学仿真分析、超高真空分离面防冷焊设计、分离系统地面验证试验.在分离系统方案中,针对重量限制苛刻难题,提出了采用大承载、轻小型的点式连接分离的方案;针对分离可靠性高的难题,发明了一种枢轴式双作动火工连接解锁机构,实现了解锁分离环节的全链路冗余;针对分离安全性高的难题,识别出分离体质心横移、弹簧分离装置输出力的偏差、弹簧分离装置刚度变化、解锁不同步性等影响要素,并采取相应的设计措施;针对大温差、微重力空间环境下分离系统验证难,提出了基于热-结构-流体多场耦合特征的分离仿真分析方法,并提出了气液电联动控制的液压重力平衡方法和大型航天器分区联动温控方法,研制了相应的分离试验系统,进行了地面试验.经飞行试验验证,嫦娥五号轨道器各分离面在轨正常解锁分离,分离姿态平稳,表明轨道器分离系统设计正确,可靠性高,地面仿真和试验验证方法有效,验证充分,满足任务要求.

摘要：壁虎天花板表面运动作用力的测定对揭示壁虎运动的力学规律、获得仿生机器人控制设计的灵感均具有重要意义.用三维力传感器阵列测定大壁虎天花板表面运动的三维作用力,结合高速摄像讨论壁虎在天花板表面运动中壁虎脚掌的作用力和预压力,并比较分析了前后腿的作用.结果表明壁虎在天花板表面运动的速度为0.17～0.48m/s,前后腿向身体中线方向收拢.脚掌在与天花板表面初始接触时间内产生冗余的预压力,以确保运动的安全,前腿的法向预压力大于后腿.前后腿的侧向作用力大小相当.前腿运动方向的作用力始终和运动方向相同,起主要推动作用;后腿运动方向的作用力始终和运动方向相反.前后腿的法向作用力分别占体重的73.4%和60.6%.运动中,运动方向的作用力明显大于侧向和法向的作用力,前腿主要起到推动作用,后腿则主要起稳定作用.上述结果表明壁虎在天花板表面运动中腿功能的变化,使得壁虎能够在极端条件下自由运动,并启发机器人结构设计、步态规划和控制规律的选择.

摘要：动物运动反力的测定将揭示动物运动过程的力学规律、启发仿生机器人控制设计.用三维力传感器测定虎纹捕鸟蛛水平运动时的三维运动反力,高速摄像分析虎纹捕鸟蛛各步足的功能.结果表明蜘蛛前足支撑相和摆动相不连续,运动方向受到的力始终和运动方向相反,起探测和辅助支撑作用.后足受到的力最大,方向始终和运动方向相同,起主要驱动作用.中间两对足受到的力在支撑相前段与运动方向相反,在支撑相后段与运动方向相同,但侧向力最大,对稳定运动贡献较大.运动中,法向反力显著大于侧向和运动方向的反力,各步足的支撑角变化不大,均在60°—70°间.上述结果表明了蜘蛛运动中各步足力学功能的差异,为启发机器人结构设计、步态规划和控制规律提供了仿生依据.

摘要：壁虎在竖直面内不同方向运动时运动行为的观察和运动作用力的测定不仅能揭示出壁虎运动的力学规律,也可以进一步获得仿生机器人控制设计的灵感.用三维力传感器阵列测定大壁虎在竖直面内运动的三维作用力,并结合高速摄像讨论在自下向上,自上向下和自右向左3个不同方向运动时大壁虎的运动行为及其脚掌的功能.结果表明大壁虎的运动速度随步频的提高而增加,但与脚掌的黏附时间与脱附时间无明显相关性.大壁虎各脚掌产生相应的作用力以平衡重力和翻转矩,并为运动提供必要的推力;位于身体质心上方的脚掌在支撑身体、运动驱动、运动平稳等方面都起到关键作用;竖直面内大壁虎在不同方向运动时运动行为和脚掌功能所发生的相应改变,使得大壁虎能够在竖直面上安全高效的自由运动.这一研究对仿壁虎机器人的结构设计、步态规划和控制的选择有所启发和帮助.

摘要：为了计算以弹簧作为分离动力源的卫星在星箭分离时刻的分离姿态,建立了六自由度动力学方程,并采用龙格库塔法求解了该方程,算例结果表明:通过该方法计算得到的分离角速度与ADAMS仿真计算结果相比,最大偏差小于0.77%。基于以上研究,针对卫星、弹簧装置多个设计偏差对卫星分离姿态的影响,提出基于蒙特卡洛法的卫星分离姿态分析方法。飞行试验结果表明,由该方法得到的分离角速度与常规保守算法相比,计算精度提高35%左右,解决了工程中由于采用将各个偏差取最大值进行保守计算而导致计算结果偏差较大的问题,可为卫星设计、弹簧装置设计提供参考。

摘要：嫦娥五号轨道器完成了中国首次月球轨道飞行器与飞行器、飞行器与舱段间的多次分离任务。嫦娥五号探测器为控制包络,降低质心,采用了多器多舱体串联组合构型,舱体间相互套叠,舱体与设备之间的间距极小。针对分离体构型布局复杂、分离体精确建模困难、分离安全间距小问题,提出了一种分离安全包络设计方法,经分离动力学仿真分析和在轨飞行验证,分离安全包络设计方法正确,满足任务要求。

摘要：动物运动行为的研究对运动学的分析以及仿生机器人的研制有着重要意义.运用动物运动行为观测系统获取了虎纹捕鸟蛛(Ornithoctonus huwena)水平面直线运动的运动学信息,如步足的运动状态、质心的运动和步足各关节转动角度的变化等信息.结果表明:虎纹捕鸟蛛以一侧的步足1和3与对侧的步足2和4为一组运动相,两组运动相在运动中相互交替运动相位.运动速度的提高主要依靠于步频的提高来实现,并且运动稳定性优于昆虫.质心的速度和高度周期波动,步足相位交替时质心的高度和速度均较高,稳定运动状态下质心的高度和速度均较低.步足4偏向角的变化最小,有利于对身体的驱动;由于步足1的探寻功能使得运动中其各关节转动角度的变化不定.上述结果对仿生机器人的设计和步态规划有所启示.