摘要：为解决可重复使用、通用性强、指向精度高的基于空间站的微卫星释放问题,提出一种微卫星在轨释放装置方案,并对其释放精度进行正交分析与验证.通过动力学分析软件对微卫星释放装置进行动力学仿真,通过正交仿真试验对影响微卫星释放角速度的因素进行分析;根据正交试验结果对各影响因素进行优选,设计制造微卫星释放单元;提出基于自由落体运动的失重模拟试验测试方案,并搭建失重模拟测试系统,系统重力平衡误差≤3%,角速度测试精度为0.1°/s.对微卫星释放单元产品进行试验测试,试验结果表明:经过参数优化,卫星释放角速度降低了67%,释放装置释放精度得到较大提高.

摘要：为满足空间任务中对可展薄膜机构的大折展比、高平整度等需求,提出基于Miura弹性折痕的空间薄膜可展机构,并进行建模分析及样机研制。根据折痕分布规律和几何关系建立Miura-ori几何模型,研究薄膜的折痕参数对折展比和折痕总长的影响规律,并进行计算和折痕参数优化。在ABAQUS/Explicit中建立折痕倾角θ=90°及θ<90°的四折痕基本单元的数值仿真模型,分析薄膜关键折痕处的力学行为变化,初步证明二维弹性折痕的可行性;进一步研究经过Miura弹性折痕折叠后三角形薄膜的弹塑性,绘制折痕交点处应力随折叠过程的变化曲线,应力峰值均处于材料弹性范围内;研制空间可展开薄膜机构样机,进行了验证分析。结果表明:机构构型设计方案合理,优化后的折痕参数可以得到大折展比和小折痕总长的薄膜Miura折叠方案,展开后薄膜表面具有较高的平整度,证明了可展薄膜Miura弹性折痕的可行性和优越性。

摘要：跳跃是腿足式动物最常见的步态模式之一,通过快速有力的爆发性功率输出,动物可完成越障避敌等行为。然而,受制于执行器能力限制和高动态运动的规划控制难度,由腿足式机器人实现跳跃奔跑等运动极具挑战性。为此,设计一种基于共轴近似直驱结构方案的双足机器人样机,在三杆简化模型的基础上,确立支撑相和飞行相的约束条件,以跳跃高度最优为目标,将机器人系统的运动规划问题处理成有限维度的非线性优化问题,并采用变参数PID实现关节力矩跟踪控制。通过双足机器人跳跃试验,对运动规划算法的有效性进行验证。结果表明,双足机器人样机能完成离地高度约为0.34 m(相当于50%的腿长)的跳跃动作,研究成果可为未来高越障性足式机器人研究提供理论支撑和技术参考。

摘要：针对传统双足机器人刚性支腿结构缺乏弹性元素的局限,提出一种借鉴人体腿-足肌腱功能的人工肌腱牵拉式支腿结构,并搭建了基于五杆拓扑构型的四自由度双足机器人原理样机。建立了基于线性倒立摆(Linear inverted pendulum,LIP)模型的双足机器人行走规划优化范式。提出了基于LIP模型的双足机器人动步态控制器。在摆动相阶段,采用基于贝塞尔曲线的足端轨迹规划及融合模型前馈的PD控制策略。在支撑相阶段,采用足端地面支反力前馈结合机身姿态、高度反馈的控制策略。搭建试验平台对机器人运控算法进行了有效性验证。试验结果表明,双足机器人可实现0.8 m/s(约两倍腿长/s)的稳定行走速度,机身俯仰角度波动可控制在±7°以内,机身高度波动可控制在±4 cm以内。上述研究成果可进一步推广至面向三维空间移动作业的人形机器人系统设计。

摘要：面向空间天线大型化、轻量化需求,设计了杆膜一体卷曲展开薄膜阵列天线可展结构,实现了我国首个薄膜阵列天线在轨验证。首先,采用瑞利-里兹法建立了考虑张力作用的薄膜天线一阶弯、扭、摆振动频率近似解析模型,推导了薄膜天线框架结构的一阶扭转振动频率近似解,指导了薄膜天线结构动力学特性的快速分析与参数设计,相比于非线性有限元法,具有高效便捷的特点。其次,研究了薄膜天线主梁截面半径、框架长宽比、张力大小等特性参数对天线振动频率的影响,给出了结构参数的优选范围,通过仿真和试验方法验证了参数设计的合理性。最后,介绍了薄膜天线在轨展开验证情况,试验表明在卫星姿态机动扰动下天线结构保持稳定,验证了结构设计的可行性。

摘要：载人探月任务中,载人月球车在确保航天员安全的同时,需要有效拓展航天员月面活动范围、提高航天员月面工作效率。针对此问题,分析国内外载人月球车研究现状和技术特点,结合我国首次载人月面探测任务,从工作模式、安全、人因工程、高速移动、平台保障、工程实现、后续扩展等方面分别开展论述,分析了我国首次载人月球车的任务需求,可作为首次载人月球车的设计参考。

摘要：可展结构在航空航天领域应用广泛,其性能的优劣直接决定航天任务的成败。随着各种空间设备向着大型化和复杂化方向发展,对性能优良的可展结构的需求与日俱增。为了设计具有高可控性、大收纳率的可展结构,从刚性折纸的角度出发,对一种已有折纸图案进行改进,设计出一种新型零厚度正六边形折纸。进一步结合桁架理论和厚板折纸理论分析并降低了其自由度,从而提高了该机构的可控性,并借助D-H法对其进行了运动学分析。考虑到实际工程中应用的空间设备多有一侧为平整的工作表面,通过采用新的机构对原有机构进行运动等效替换,使其具有一侧平整展开表面,最终得到了一种具有单自由度大折展比的可展结构设计方案。

摘要：固面反射面因具有非常高的型面精度而广泛应用于卫星的口径天线。针对目前常用的花瓣式旋转固面可展开天线因具有较多的转动副而影响其整体可靠性的问题,探究了固面可展开天线绕正交双轴旋转与绕单轴旋转的等效变换原理及相应的设计方法,并通过实例验证了绕单轴旋转的有效性。结果表明绕单轴旋转的设计减少了花瓣式旋转可展开天线转动副的数量,提高了天线的整体稳定性和展开可靠性,这对固面可展开天线的设计和分析有重要的参考价值。

摘要：空间站舱外载荷适配器是一种用于空间站载荷进出舱及开展载荷舱外暴露试验的轻小型空间对接机构。介绍空间站梦天载荷适配器应用场景、设计思路、产品组成及定位原理;针对该产品高互换性及高定位精度的需求,对3°~120°均布的杆槽定位方式进行了数学建模分析及试验验证。得出了该定位方式具有良好的定位精度及互换性能的结论,在后续空间对接机构设计过程中,可作为备选构型优先考虑。

摘要：针对月球基地热管理需求,根据月面热环境特点,设计了一种面向月球基地的新型自循环热管理及发电系统。系统将有机朗肯循环(ORC)和喷射制冷循环(ERC)相结合,以仪器设备散热和太阳能或核能废热为热源,以外部冷背景为冷源,系统内一部分的工质吸收热源,通过有机朗肯循环发电,另一部分工质通过蒸发器吸收航天员日常工作环境中的热量,为航天服和科学研究提供冷量。系统不需要外部电力,可以独立运行,实现发电与制冷。经分析模型计算,在满足月球基地热量收集、传输和排散的基础上,可以实现最大废热制冷率40%以上,总废热利用效率50%以上.