摘要：本文介绍了一种针对火星探测器着陆控制需求设计的主动跟随悬吊式低重力模拟试验平台,实现在大空间对飞行中的探测器模拟实施高精度的三维位置与拉力混合随动跟踪控制。为了解决行程长与精度高、惯量大与响应快等相互制约的问题,采用了由粗到精逐级驱动控制的方法,同时设计了并联驱动控制算法。

摘要：设计了大跟踪范围的星球车重力补偿系统.星球车重力补偿系统主要包含拉力系统和位置系统:拉力系统产生恒定吊索补偿力;位置系统搭载拉力系统并跟踪星球车水平面投影,保持吊索垂直.为提高拉力系统快速性并避免激发位置系统纵振,提出粗精控制结合、开环闭环结合的拉力系统方案:使用同轴、相对布置的大、小电机驱动卷筒收放吊索;使用被动的恒力机构张紧吊索.工作时,大电机输入主要拉力,抑制低频拉力干扰;小电机精确调整拉力,抑制中频干扰;在电机响应滞后时,恒力机构使用其开环特性响应高频干扰.为在大范围内准确跟踪星球车,提出双层位置伺服的位置系统方案:使用天车系统搭载2维跟踪平台;天车系统运动范围大、精度低、快速性差,使用其进行大范围初步跟踪,达到粗调的目的;跟踪平台运动范围小、精度高、快速性好,使用其进行小范围精确跟踪,达到精调的功能.补偿系统覆盖面积30m×30m.实践证明,按照以上方法构造的重力补偿系统的位置跟踪误差小于0.01m;普通情况下,拉力补偿误差小于±0.5%;阶跃干扰出现时,拉力补偿误差小于1.5%.

摘要：为验证航天器处于低重力环境条件下在目标天体表面着陆起飞的适应能力,三维随动系统采用大范围随动和快速精确跟踪两级联动驱动技术构建了低重力环境,在地面进行航天器的着陆起飞试验。该试验方法克服了试验空间要求大、控制精度要求高等技术指标难点,解决了三维随动系统多自由度联动,大惯量机电设备高速、高精度协同控制等多项关键技术难题。通过并联索系统驱动技术控制快速随动平台运动,完成对航天器试验过程中的大范围随动跟踪;通过快速随动平台装置对航天器施加高精度的吊绳拉力控制,并在水平方向上跟随航天器运动,同时保持吊绳绝对倾角要求;通过提高快速随动平台的水平刚度,从而克服两级联动设备耦合晃动对航天器试验的不利影响。系统成功应用于中国探月工程中嫦娥三号、嫦娥五号和火星探测任务中天问一号航天器在低重力条件下悬停、避障、缓速下降和着陆,以及起飞等一系列地面真实工况验证试验,为航天器的综合性能参数验证与优化提供了关键技术手段。

摘要：针对未来登陆月球或火星的航天员在地面进行低重力模拟训练的需要,设计了一种采用被动重力平衡技术的人体低重力模拟外骨骼系统,利用弹簧平行四边形机构实现对人体重力的补偿。首先,基于势能守恒原理设计了躯干重力平衡外骨骼和下肢重力平衡外骨骼;然后,通过人体生物力学仿真软件对外骨骼系统进行了仿真分析,分别在月球环境和地面穿戴外骨骼环境下进行了搬运重物和步行运动,并对比了运动时的地面反作用力、肌肉力等数据。仿真结果表明:该人体低重力模拟系统可以使受训者的关节和肌肉感受到失去部分重力载荷,能够较为准确地模拟低重力环境下的运动效果,具有可行性。

摘要：设计了一种串联张紧式恒力矩机构.恒力矩机构的作用是吸收电机在高频冲击下的响应滞后,被动保持吊索恒定张力.旁路张紧式恒力机构存在吊索在滑轮处压迫变形导致的摩擦问题.要避免这种摩擦带来的能量损耗,选择使用不含滑轮的串联张紧式恒力矩机构.从做功-储能观点,恒力矩机构是具有恒定的储能-转角比例的储能机构.基于此观点,提出压簧-凸轮-扭杆和压簧-扭杆两种恒力矩机构方案,分别对其进行原理分析和理论验证.综合比较后选择摩擦和转动惯量更小的压簧-扭杆式方案进行机构设计、仿真验证和实验验证.此机构形式简单,占用空间尺寸为1000 mm×350 mm×350 mm,实验证明,此机构等效刚度为1.47 N/mm,静态工作点调节范围为0~1000 N,正反向误差为±15 N.

摘要：针对未来目标天体表面低重力场模拟,推导了探测器软着陆动力学相似性关系,提出了一种通过改变探测器着陆初始条件,并对试验数据进行后续处理来模拟目标天体表面低重力场的新方法,通过算例验证了该方法对于不同的探测器状态及土壤状态均具有广泛的适应性。通过该方法进行探测器的相关低重力场模拟试验,可以使用探测器原型且试验设备简单、操纵容易,具有很强的实用性,方便进行探测器主要参数的优化设计,该方法可用于后期月球探测、火星探测及其他地外天体低重力模拟试验中。