摘要：利用机械臂对月面表层月壤进行表取采样,是进行月球原位探测的常用手段,然而受限于探测器和机械臂自身的自主化程度,采样操作过程需要在地面预先规划,经验证后形成指令序列上注至探测器控制机械臂操作.针对月面采样时间窗口紧、安全要求高、机械臂运动空间不规则的问题,本文提出了一种新的三维结构层次化表征模型和基于新表征模型的采样操作仿真验证方法,首先通过为三维部件设计顺序码,将三维模型快速自动构建为三维树状结构,实现对机械臂运动构型变化下的结构层次化动态表示;其次基于层次包围盒与分离轴思想设计了由粗到细的高效碰撞检测策略,实现了机械臂与探测器复杂外形的快速精确碰撞分析;再次建立了采样铲与模拟月壤的交互模型,通过对两类实体的简化接触模拟与铲挖交互仿真,实现了采样前后的月面形态变化表征和采样量的近似评估.最后通过实验结果验证了本文所述方法的有效性,实现了对月面采样操作过程进行可视化仿真验证支持,确保了机械臂操作的安全性和采样任务的高效性.

摘要：针对“嫦娥五号”月面采样任务中采样机械臂的精准控制问题,提出了一种基于深度强化学习的路径规划方法。通过设计深度强化学习算法的多约束奖赏函数,规划了满足安全性、快速性、可达性3个约束的运动路径,实现了采样机械臂的精准控制。在满足任务安全性的提前下,缩短了天地之间的交互时间,机械臂控制效果平稳。在轨实验结果表明,该方法具有较高的准确性和鲁棒性,可为后续的深空探测在轨遥操作采样任务提供借鉴。

摘要：回转钻进采样技术是实现月面采样任务的重要手段。回转采样机构在月面复杂环境下会发生模型摄动,并受到外部扰动的影响,采样控制器的鲁棒性对顺利完成采样任务具有重要意义。本文针对回转采样机构,分析了采样过程中的模型摄动、外部扰动影响,建立了采样机构状态空间模型,利用线性矩阵不等式方法设计了状态反馈非脆弱鲁棒控制器,仿真结果表明:在有界模型摄动、有界随机系统扰动情况下,回转钻进采样控制系统内稳定,并对扰动具有抑制能力。

摘要：嫦娥五号是我国复杂度最高、技术跨度最大的航天系统工程,本文阐述了嫦娥五号的任务目标和主要技术指标,从系统组成、设计约束和飞行过程3个方面介绍了工程技术方案,重点研究了地外天体采样返回工程系统方案、表取和钻取两种采样模式等7个工程取得的主要技术创新,分析了再入返回飞行试验、月面着陆起飞综合验证试验等8项涉及任务匹配性、协调性和正确性的大型试验,可为后续其他地外天体采样返回任务提供重要参考.

摘要：针对月面综合钻进试验台模拟月壤利用率和试验效率低的问题,提出一种主动送土试验台的设计方案,满足月面钻采作业机具的取芯特性专项验证需求。该方案利用无轴螺旋作为模拟月壤传送的核心部件,采用集成料斗实现难流动物料连续送料的功能,通过无轴螺旋转动主动将模拟月壤垂直送入取芯机构,代替综合钻进试验台钻取月壤的作用,可以实现多种级配模拟月壤的定量和定压输送。为了验证设计参数的正确性,利用EDEM离散元分析模拟月壤输送特性,并开展了试验验证。结果表明:以无轴螺旋作为主动送土机构的核心单元,可实现主动送土试验台自主、高效率地进行模拟月壤输送模拟多种取芯工况,为工程部门钻采作业机具研制定型提供性能参数验证的依据。

摘要：为提高钻取采样整形装置的结构性能,提出了与上升器对接被动段共体支撑的整形装置支撑方案.采用有限元法对整形装置进行模态分析、主动段过载响应分析、着陆缓冲加速度响应分析等动力学特性研究,并对整形装置结构进行改进.通过修改整形装置的支撑构架布局,缩短了丝杠顶端力传递到上升器对接结构被动段处的传力路径,有效提高了系统动态刚度.分析计算结果表明:改进后的整形装置自然频率显著提升,1阶模态达到47 Hz以上,保证了整形装置在外界动态载荷作用下的动力学响应.