[发明专利]一种绳驱动刺爪附着机构附着性能实验方法

说明书

本发明公开一种绳驱动刺爪附着机构附着性能实验方法，理论依据通过对实验装置受力分析得到力学模型，以实现计算得到绳驱动系统驱动力和爪刺附着接触力的数学关系；实验步骤包括：S1.布置实验装置；S2.布置数据采集装置；S3.试验绳驱动系统；S4.附着实验；S5.采集实验数据；实验通过装置附着表面粗糙度不同、曲率不同和质量不同的被附着物，采集绳驱动系统的驱动力和爪刺的接触力；实验分析将理论依据与实验采集的数据进行对比分析，检验刺爪附着机构的附着力在预期范围内，验证刺爪附着机构符合小天体探测器附着在小天体表面的需求，实现刺爪附着机构的附着可控。

技术领域

本发明涉及小天体探测器着陆附着技术领域，特别是涉及一种绳驱动刺爪附着机构附着性能实验方法。

背景技术

随着航天技术与空间科学的快速发展，人类对外太空的探索范围在不断扩大，其中小天体探测会为人类对太阳系的形成和演化提供线索，为人类提供更多的基础资源。小天体探测任务中，探测器是最为直接有效的探测手段，小天体探测器的着陆附着技术是小天体探测的关键技术。

目前，关于微勾刺附着的附着力感知的实验方法，中国科学技术大学开发的仿生爪刺爬壁机器人，采用线性霍尔传感器检测计算得到驱动机器人刺爪的弹簧力，进而得到舵机转角和弹簧力之间的关系，从而进行根据舵机转角得到爪刺附着力的标定实验；南京航空航天大学开发的钩爪式四足爬壁机器人，采用六维力传感器对钩爪式单足与传感器表面固定的粗糙面的受力进行检测。

现有微勾刺附着实验目标对象都为粗糙平面，对于小天体表面的不平整和不规则并没有涉及，不利于小天体探测器刺爪附着机构进行实验。

发明内容

本发明的目的是提供一种绳驱动刺爪附着机构附着性能实验方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过理论依据和实验步骤，对粗糙度不同、曲率不同和质量不同的被附着物进行多次附着实验，对比理论计算结果和实验结果，检验刺爪附着机构的附着力在预期范围内，验证刺爪附着机构符合小天体探测器附着在小天体表面的需求，实现刺爪附着机构的附着可控。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种绳驱动刺爪附着机构附着性能实验方法，包括三个部分，理论依据、实验步骤和实验分析。

理论依据由受力情况和受力分析组成，绳驱动的刺爪附着机构包括多骨趾手指、爪刺箱和欠驱动绳驱系统。刺爪附着机构的附着目标为小天体表面的岩石层，岩石层表面粗糙不平整，刺爪附着机构为了实现小天体探测器在小天体表面的柔顺附着，爪刺箱中的爪刺在接触到粗糙表面的时候，运动相互独立。因此，通过分析单片微钩刺与粗糙表面的受力情况，简化与单片微钩刺接触的粗糙表面微凸体模型，便于分析单片微钩刺与粗糙表面的受力情况。为下面分析刺爪附着机构的附着力大小分析提供理论依据。

受力分析就是对刺爪附着机构附着时进行静力学分析，建立机构附着时的静力学模型，得到绳驱动的驱动力和各个骨趾在各个接触点接触力之间的关系。为了验证刺爪附着机构机械设计的合理性和可靠性，对刺爪附着机构进行附着实验，因此，设计的实验步骤如下：

S1.布置实验装置，将零部件加工完成的刺爪附着机构进行装配，确保各个骨趾的初始状态一致，并将装配好的刺爪附着机构作为实验装置固定在支承架上；

S2.布置数据采集装置；

S3.试验绳驱动系统，绳驱动系统的上电机和下电机，安装在实验装置的刺爪附着机构的八面框架机体中；启动绳驱动系统的上电机和下电机，验证刺爪附着机构的多骨趾运动正确合理性；

S4.附着抓取实验，准备表面粗糙度不同，大小不同，质量不同的被附着物，控制实验装置的多骨趾运动，使得被附着物在骨趾和爪刺的作用下被长时间的牢固的抓紧；

S5.采集实验数据，实验装置的各个骨趾爪刺安装的压力薄膜传感器，实验装置的绳驱动系统的上绳驱绳索和下绳驱绳索上安装的拉力传感器，采集各个传感器反馈的数据；