气动式多杆组接深层月壤钻取装置的设计研究

摘要

月球上丰富的矿物质资源储备对人类文明的可持续发展具有重要的战略意义。随着我国月球探测工程的逐渐深入，载人登月工程已被列入日程，其主要任务之一是进行深层月壤钻取采样，获取月球地质结构信息，为月球基地选址提供依据。本课题以此为背景，展开了深层月壤采样技术的研究。
　　通过对比分析美国、前苏联等国家的月球采样探测任务，针对5米钻深的月壤采样目标，确定了多杆组接钻取方案。通过对比分析软袋采样、双杆双螺旋采样等技术，确定气动式采样方案，并进行了理论建模和EDEM-FLUENTL联合仿真，验证了采样原理的可行性。
　　在上述方案的基础上，开展了气动式多杆组接深层月壤钻取装置的结构设计，包括进给机械机构、回转机械机构、夹持机械机构和转位机械机构等关键部件，并加工、装配了原理样机。
　　进行了气动式多杆组接深层月壤钻取装置控制系统的研制。集成上位机、伺服单元、检测单元等，搭建了控制硬件平台。基于Matlab中xPC-Target工具箱，搭建了控制软件平台。该控制系统可实现对进给电机、回转电机、夹持电机和转位电机的实时控制，以及驱动转矩、进给力等状态参数的测量。
　　对原理样机进行机电一体化联合调试，开展了多杆组接测试实验和气动式采样测试实验，测试了原理样机的功能和性能，验证了气动式多杆组接深层月壤钻取技术的合理性和可行性，为该技术的工程实施奠定了坚实基础。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 地外星体采样探测装置发展综述

1.3 课题主要研究内容

第2章 气动式多杆组接深层钻取装置设计方案研究

2.1 引言

2.2 月表5米下深层月壤采样方案分析

2.3 气动式深层月壤采样理论分析

2.4 基于EDM-FLUENT耦合方法的采样过程仿真分析

2.5 本章小结

第3章 气动式多杆组接钻取装置机械结构的设计研究

3.1 引言

3.2 气动式多杆组接装置整体结构设计

3.3 进给机构设计

3.4 回转机械机构设计

3.5 夹持机构设计

3.6 转位机械机构设计

3.7 气动式多杆组接深层月壤钻取装置机械结构实体装配

3.8 本章小结

第4章 气动式多杆组接深层钻取装置控制系统的设计研究

4.1 引言

4.2 深层月壤钻取装置原理样机控制系统工作原理

4.3 深层月壤钻取装置控制系统硬件设计

4.4 深层月壤钻取装置控制及数据采集系统软件设计

4.5 本章小结

第5章 气动式多杆组接钻取装置采样试验研究

5.1 引言

5.2 原理样机多杆组接功能测试

5.3 原理样机气动式采样功能测试

5.4 组接钻杆钻进实验

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢