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审查gydF4y2Ba

数量:6 (3)gydF4y2Ba

3 d4空间——先进系统、组件和行星探索的新方法与轮式移动机器人gydF4y2Ba

*通信:gydF4y2Ba
Lopez-Arreguin学杂志gydF4y2Ba布伦瑞克科技大学空间系统研究所,Hermann-Blenk-Str。38108布伦瑞克、德国、gydF4y2Ba电话:gydF4y2Ba0531/391 - 9980,gydF4y2Ba电子邮件:gydF4y2Ba (电子邮件保护)gydF4y2Ba

收到:gydF4y2Ba2017年11月21日;gydF4y2Ba接受:gydF4y2Ba2017年12月22日;gydF4y2Ba发表:gydF4y2Ba2017年12月30日gydF4y2Ba

引用:gydF4y2BaLopez-Arreguin杂志,左翼年代,斯托尔E, et al . 3 d4空间——先进系统,组件和行星探索的新方法与轮式移动机器人。J空间空洞。2017;6 (3):139。gydF4y2Ba

文摘gydF4y2Ba

的gydF4y2Ba历史gydF4y2Ba四处游荡的车辆在其他外星身体已经成为太空探索的突破。掌握过去实施的挑战任务需要在地面实验室进行有力的技术发展,在行星移动系统从根本上开发获得现场地形识别,测量,和在开放的极端环境中自主执行不同的操作。与不同机构的合作下萨克森,你布伦瑞克从事开发行星探测车的工程和科学研究。本文总结了项目目标和最新活动,包括内部生产和表征月球风化层模拟的母马和月球高地地区。月球的新印刷技术的概念原型和现场资源利用率(就地),沿着演示任务,旨在验证现场制造机器人的风化层支持设备。罗孚轮子和一个底盘悬架开发保证改善运动和机械稳定性。他们将验证和验证通过单个轮试验台来增强小说探索系统的设计和开发。gydF4y2Ba

关键字gydF4y2Ba

探测器;现场;风化层;拟态的;3 d打印;独轮试验台gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

3 d4空间财团合作五个研究机构在当地大学和公司下萨克森州在航天工程领域的工作,航空,粒子技术和回收。这个多学科协作的主要目标是相互承诺支持一个特定空间的成熟技术的现场原型月球风化层通过加法制造(我)。驾驶目的验证的基本技术要素包括一致的分析研究,实验室测试,和概念验证技术发展相关的环境中进行测试。为此,将进行技术任务涉及商检、提取和机器人操纵的表层土壤评价的焦点系统准备和部署技术的精确度。如此复杂的模块化机器人交互要求的执行子系统和先进的运营架构将有利于未来的月球任务,可以进行自主的操纵风化层地面和不同的任务(流动性、导航、通信、等等)。gydF4y2Ba

这个项目是一个持续的工作,不同的机器人系统的当前状态和功能开发的机构。论文的结构是这样的。第二部分概述了活动致力于月球风化层的生产模拟乐动体育在线的布伦瑞克技术大学(浴缸),与土壤的物理特性通过显微镜和岩土测试。第三节总结了不同方法提出了就地取材的探测器组件和系统用于处理不同的工程材料的目的。最后,考虑到需要可靠的勘探设备的设计,第四节描绘了一个复杂的方法研究轻量级罗孚汽车的运动涉及小说terramechanics设置。gydF4y2Ba

文献综述gydF4y2Ba

月球模拟的:物理特性gydF4y2Ba

月球土壤组成的材料主要是玄武岩和钙,分别反映了母马和高地来源地区。最近,至少三根类别从月球已确定gydF4y2Ba地质gydF4y2Ba(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]:gydF4y2Ba

•典型土壤母马,gydF4y2Ba

•高地土壤,gydF4y2Ba

•南极土壤。gydF4y2Ba

在月球探测带来了日益增长的利益需要开发地面模拟的地面材料匹配的月球土壤和岩石。多样化的娱乐在月球表面地形发现实验室,是最优建立有力的技术发展有利条件和保证他们的生存在开放的月球环境。任务由阿波罗和卢娜项目揭示了我们对月球表面的了解,但返回的月球风化层存在于样品太稀缺的数量被用于测试技术的发展。目前,一些协调程序存在定义参考资料作为月球材料的类似物,主要是由美国宇航局的约翰逊宇航中心(JSC)和大学Minessota (MLS)在美国。这些程序搜索匹配观测到月球风化层属性不同的纹理变化,化学和矿物学根据地理区域。这是意识到由于特征会影响现场月球操作由于风化层动力学和行为不同。担心被阿波罗任务支持经历过无聊的探针插入困难(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba),结果的相对密度和高母马风化层织物紧密连锁。一个巨大的努力满足表层土壤的需要进行全球(gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba),并引入了不同的模拟的评估功能性质的月球地面(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。特点寻求资源利用应用程序,例如,包括摩擦的知识属性和细粒度的媒体流的重要研究的穿透性和插入仪器。gydF4y2Ba

space-exploration-lunar-simulantsgydF4y2Ba

图1:gydF4y2Ba月球的特征模拟的全球生产日期[3]。酒吧的数量分配了月球模拟的关于他们的功能性质和生产的国家。gydF4y2Ba

最近的努力导致了材料的发展和分布等MLS-1 JSC-1,但模拟的都是目前可用的从他们的制造商。另一方面,美国国家航空航天局的主要JSC土壤几乎一直在试图与微量元素含量。然而,大多数的文献涉及生产和特点对区段基本上非或政府文献分布的信息(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。因此,急需的土壤科学和应用研究月球风化层在不同的领域。3 d4空间框架的财团,涂布伦瑞克一直资助开发协调项目生产两种类型的月球地面材料追求这些土壤的持续可用性指南通过欧洲。乐动KENO快乐彩gydF4y2Ba

正在开发的模拟的是一个pyroxene-rich母马模拟的(命名TUBS-Mare或TUBS-M)和plagioclase-rich高地模拟的(TUBS-Terrae或TUBS-T)。给出月球风化层展品高玻璃不同人口的起源和内容广泛的化学成分、典型模拟的JSC-1A呈现高内容(~ 50%)脆弱的玻璃来自陆地火山灰烬。尽管如此,目前没有纳入浴缸模拟的玻璃内容,主要材料来自玄武岩和辉长岩分别为母马和高原特色。,我们希望开发模拟的模块化的概念,在玻璃、特殊的矿物质,可以适当添加其他大部分组件根据不同的用途和应用的要求。特定的应用程序将模拟的逼真度,更好的土壤将更复杂的开发,因此可能需要延长交货时间,也许将昂贵的生产(gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

space-exploration-Microscopic-basaltgydF4y2Ba

图2:gydF4y2Ba显微图像的玄武岩(左)和辉长岩(右)在浴缸使用范围> 1000μm模拟的gydF4y2Ba

关于浴缸的物理特性模拟的,他们已经修改根据粒径和形态,以适应大多数报道月球风化层的特征。gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba。介绍了两种不同TUBSM和TUBS-T的主要材料。粒度分布(PSD)所示的主要材料gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

space-exploration-prime-materialsgydF4y2Ba

图3:gydF4y2Ba粒径分布曲线的主要材料用于TUBS-T和TUBS-M模拟的。gydF4y2Ba

过程链风化层由三元操作:干细磨,分类和干燥的混合。成立生产模拟的材料从两个主要材料,导致产品与特定的粒子特征,大部分属性以及粒度分布。目的是获得定制的理由与风化层材料对选定的产品特征(gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba)。对PSD属性TUBS-M和TUBS-T regolith-like粒子大小分布的新模拟的(红色和黑色线条gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba)在不同的几个月岩样本取自阿波罗任务(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。除了这两个产品外,其他特殊模拟的PSD的都可以通过应用这种模块化流程链。gydF4y2Ba

粒子纵横比(-)gydF4y2Ba 0.55gydF4y2Ba 0.55gydF4y2Ba
体积密度(公斤/ m³)gydF4y2Ba 1450 - 1550gydF4y2Ba 1450 - 1550gydF4y2Ba
固体密度(公斤/ m³)gydF4y2Ba 2900 - 3250gydF4y2Ba 2900 - 3250gydF4y2Ba
凝聚力(kPa)gydF4y2Ba 0.56 - 0.75gydF4y2Ba 0.60 - 1.30gydF4y2Ba
摩擦角(°)gydF4y2Ba 38.0 - 44.0gydF4y2Ba 46.5 - 50.0gydF4y2Ba

表1:gydF4y2Ba不同风化层材料的选择特征(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

最后模拟的也的物理特征和岩土性质。一个模拟的刚性轮之间的相互作用可能受到的抗剪强度参数的影响gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba,在模拟的个体大小和尺寸分布,这是已知最月球土壤的主要物理特性。在未来的研究中,概述TUBS-M的特点和TU乐动体育在线BS-T包括与月球土壤以及其他商业模拟的。gydF4y2Ba

就地取材:快速原型的方法gydF4y2Ba

除了慢引入3 d打印技术在当前空间应用在微重力政权(如国际空间站(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]),铺平了道路发展快速原型硬件在月球地面远不清楚。太空加法制造,然而,可能会出现新的机遇回收和重用材料带到空间对空间操作和新的世界产生巨大的影响。当场在未来的任务,使用的材料是一种减少运输的成本可能非常昂贵的高。致力于开发多功能材料和过程增加这些二次利用功能,浴缸目前开发概念验证技术基于月球风化层的二次利用。gydF4y2Ba

就地取材的研究提出应用程序执行在不同的学科,旨在开发一个印刷硬件系统安装在探测器示威者。最新的罗孚标准由底盘、多才多艺的手臂,和一个打印头,捕获和处理月球风化层原型。操纵机器人机械手和打印高分辨率需要实质性的探测器的稳定性,建立新的研究通过流动性的基础研究作为主要研究分支3 d4空间财团。特别是,罗孚底盘在目前的设计是基于一辆六个轮子的悬架配置所示gydF4y2Ba图4一gydF4y2Ba,适合在很大程度上显示良好的运动稳定性。设备箱安装在罗孚底盘将开发的项目的下一阶段。这包含了支持电子和机械手臂与印刷硬件。月球风化层的印刷技术可用在下面详细描述。gydF4y2Ba

space-exploration-Technology-conceptsgydF4y2Ba

图4:gydF4y2Ba技术概念的“概念验证”验证示范任务:(a)探测器,沿接触力,赋予漫游者运动稳定,易于操纵,(b)发展现状下的打印头,和(c)概念设计的任务与机械手臂(ITD)。LD乐动体育官网gydF4y2Ba

就地取材风化层的印刷技术gydF4y2Ba

工程考虑的风化层gydF4y2Ba低gydF4y2Ba重力环境将需要进一步的理论,实验室和现场调查的机械反应(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。尽管预期的勘探活动,相当理解的风化层粉的流动性需要开发任何健壮的印刷技术在二次利用的月球土壤。由于月球风化层是原则上的混合不同的陶瓷颗粒,一看向的当前状态的艺术在陶瓷材料似乎有希望。大多数过程利用选择性激光烧结(SLS)或粘结剂喷射的方法。与,或基础是由当地建筑部分合并在床上。SLS使用激光部分融化粉,和粘结剂喷射方法利用聚合物粘结剂生产绿色的身体,通过额外的脱脂时间和烧结步骤(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

然而,这些技术非常适合打印在月球环境中风化层。粉床的大小限制的大小打印对象,和维护稳定的粉末流的硬件gydF4y2Ba低gydF4y2Ba月球的重力是异常困难的。另外,粘结剂材料的可用性在月球环境无法保证,所以它只需要使用月球风化层原位成型。关于加法制造的材料与玻璃内容没有粉床上,罗等人的团队开发了一个方法,一个丝作为原料和融化的激光gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。但filament-fed技术需求适合纤维制成的风化层pre-product,这本质上提高费力规定实现最终产品。另一方面,克莱因等人证明了快速成型的可能性,利用熔融玻璃池挤压通过一个喷嘴由氧化铝(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]。与一些调整这种技术似乎有前途的印刷由风化层非晶结构。为了减少加热时间和精力,目的是限制本地熔化带喷嘴周围的区域,而不是精心加热的材料。温度高达1300°C需要实现,为了液化前大部分矿物质材料可以驱逐。此外,运输粉通过喷嘴构成挑战,因为风化层非常耐磨,gydF4y2Ba低gydF4y2Ba流动性。因为由此产生的材料相当于矿物的颗粒悬浮熔融玻璃,有效传热是一个至关重要的因素在实现足够的同质性。作为一个概念验证,一个小印刷单元是建立在一个实验室规模,并提出了gydF4y2Ba图4 bgydF4y2Ba。钠钙玻璃用作原料的杆和液氩gydF4y2Ba大气gydF4y2Ba模拟月球大气的无腐蚀性的性质。材料局部加热和手动喂氧化铝喷嘴。原料材料运输通过几个加热区,直到它最终到达熔化层时,液化和挤压。更高版本的设备将会阐述了使用粉末月球模拟的而不是pre-product作为原料材料以及一种机制来确保减少重力的挤压。gydF4y2Ba

概念验证太空回收的聚合物gydF4y2Ba

阿波罗13号任务期间,1970年爆炸的指挥舱(CM)被迫紧急返回地球大气层。三名宇航员不得不解决的登月舱(LM)除此之外,但除非从CM使用环境过滤器,飞船不能够维持安全水平的氧气。地面控制工程师的帮助下,船员们开发了一个简易治疗耦合的非标准过滤器LM的环境系统通过使用塑料袋,纸箱和胶带携带所有材料(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。2013年,该公司的工程师在太空公司,花了一个小时的设计和打印适配器适合广场筒过滤器从CM LM的圆形开口。这样他能够证明其操作在一天结束的时候(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]。这样的经历说明了快速原型在空间(尤其是功能性聚合物)可以成为一个有趣的替代维护基础设施和机械设备的太空任务。因此,研究优化的流程,以供将来使用在低重力制度执行你废话,关注概念验证技术示威。一个简单的过程分析为基础的材料再利用Polylactid (PLA)废物的3 d打印已经完成硬件可用和提出了gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba。特别是,热塑性塑料可以回收一遍又一遍的铣、融化,形成和冷却下来。gydF4y2Ba

space-exploration-processes-recyclinggydF4y2Ba

图5:gydF4y2Ba典型的工程材料的回收过程gydF4y2Ba低gydF4y2Ba熔点。材料需要收集(a)、(b)分离,和研磨(c)完成切机(万纳Schneidmuhle银版,Typ C17.26 SV-SE)。输出片已经在175°C (d)和干reextruded为3 d打印(e)丝。设备所需要的是一个实验室挤出机(Brabender Kompakt杂志挤出机e 19/25 d)和制粒机(舍尔造粒机SGS 25-E4)造粒和灯丝的拉在第二挤压。gydF4y2Ba

发展的过程在微观和加法制造gydF4y2Ba低gydF4y2Ba重力环境开始之前,国际空间站(ISS)与实验测试在抛物型飞机航班。工作开始于1999年的kg。库珀和核磁共振格里芬,评估和提出了一个附加层制造(ALM)硬件实现在国际空间站gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。实验持续在2010年美国宇航局的飞行机会计划,结束第一次印刷的对象在空间(gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。添加剂生产与灵活的计算机控制的硬件工具在太空可以使生产超低质量系统,并提供手段变换空间系统架构。成熟和证明硬件概念的可行性计划支持加速时间表发展在国际空间站,研究证明结束循环的热塑性浪费时间可能是有用的功能有限,像包装。gydF4y2Ba

运动研究:牵引力学gydF4y2Ba

理论gydF4y2Ba

扩大我们在当前和未来的行星任务的科学知识,移动机器人预计飞行距离很大挑战性的地形和执行复杂的机器人任务(gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]。特别是,月球表面覆盖着细颗粒土壤称为月球风化层。尽管他们从阿波罗实验属性是众所周知的,它的材料成分位置在山谷和高地广泛变化,及其动态行为依赖于重力场gydF4y2Ba大气gydF4y2Ba(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。因此,开发一个成功的任务在一个未知的行星地形需要实质性的理解的运动响应探测器。gydF4y2Ba

在传统的研究表面运动的行星探测车车轮前进的交互地形位于半经验法,更代表或主导的物理现象结合起来。这种经验的方法被称为力学[的相关方法gydF4y2Ba14gydF4y2Ba)和验证实验与测量控制平台转的力量。在宽松的地形参数化的运动探测器。gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba。显示了一般gydF4y2Ba模型gydF4y2Ba轮的可变形的土壤,在部队,terramechanics方法允许监控压力和时刻。为简单起见,轮子被认为是刚性的。沿着路径与地面接触,LD乐动体育官网土壤传达切向和正常压力(τandσ,分别)为了平衡的重量转移的压力轮位移,如图所示gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba。给定一个常数前进速度,通过简单的集成τ(θ)和σ(θ)在整个接触面积,正常和横向部队中表示LD乐动体育官网gydF4y2Ba图6 bgydF4y2Ba可以估计gydF4y2Ba12gydF4y2Ba,gydF4y2Ba15gydF4y2Ba,gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。法向力平衡的垂直荷载是由以下几点:gydF4y2Ba

space-exploration-deformable-soilgydF4y2Ba

图6:gydF4y2Ba物理gydF4y2Ba模型gydF4y2Ba轮移动的可变形的土壤。gydF4y2Ba

方程gydF4y2Ba(1)gydF4y2Ba

r是车轮的半径,b是轮子的宽度,τ吗gydF4y2BaxgydF4y2Ba(θ)切线gydF4y2Ba压力gydF4y2Ba在接触pointθ沿x方向,σ(θ)是正常的LD乐动体育官网gydF4y2Ba压力gydF4y2Ba在θ,θgydF4y2BargydF4y2Ba入口角度,θgydF4y2BafgydF4y2Ba最后的接触角。LD乐动体育官网gydF4y2Ba

牵引杆拉力的表达式或净切向力gydF4y2BaFgydF4y2BaxgydF4y2Ba是由(gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]:gydF4y2Ba

方程gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba

在另一方面,车轮的驱动转矩可以通过估计:gydF4y2Ba

方程gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba

了解正常和切向的gydF4y2Ba压力gydF4y2Ba分布,一起组方程式。(1)-(3),力和力矩作用于车轮可以完全解决,导致验证罗孚机车系统的基本设计概念。为gydF4y2Ba模型gydF4y2Ba轮的变形土壤以下公式建立了力学的切向的相关领域gydF4y2Ba压力gydF4y2Ba沿着位移的质心轴轮(“x”方向)(gydF4y2Ba15gydF4y2Ba,gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]:gydF4y2Ba

方程gydF4y2Ba

方程gydF4y2Ba(4)gydF4y2Ba

c:凝聚力gydF4y2Ba压力gydF4y2Ba土壤gydF4y2Ba

φ:土的内摩擦角gydF4y2Ba

凯西:分享位移在车轮下gydF4y2Ba

正常的决心gydF4y2Ba压力gydF4y2Baσ(θ)是相对复杂的,和几个模型提出了更好的表征的实验数据gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]。如果θgydF4y2Ba米gydF4y2Ba的角度最大正常吗gydF4y2Ba压力gydF4y2BaσgydF4y2Ba马克斯gydF4y2Ba(θ)是观察,θ的分布剖面gydF4y2Ba米gydF4y2Ba<θ<θgydF4y2BafgydF4y2Ba如下(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]:gydF4y2Ba

方程gydF4y2Ba(5)gydF4y2Ba

它为θ是对称的gydF4y2BargydF4y2Ba<θ<θgydF4y2Ba米gydF4y2Ba。在力学、的相关分析方法的实验验证上述wheel-terrain交互gydF4y2Ba模型gydF4y2Ba通过执行一个轮试验台。实验通常是在已知参数的土壤进行一个轻量级的罗孚轮以一个恒定的速度移动。环境控制与检测平台,推进传感设备负责监控gydF4y2Ba压力gydF4y2Ba分布τ和σ生成接触角θLD乐动体育官网gydF4y2BargydF4y2Ba和θgydF4y2BafgydF4y2Ba(提出的方程式。(4)- (5))。提出了传感装置和驱动机制在接下来的部分。gydF4y2Ba

实验验证gydF4y2Ba

下沉是失败的一个重要来源对于大多数行星探测车和严格遵守当土壤层在正常负载下崩溃。可变形的地形,罗孚轮子可能遭受严重的滑动和下沉。在最坏的情况下导致探测器得到插在地上。2005年,罗孚的机会被停滞在巡航Purgator沙丘的火星,需要大约5周逃离(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。除了下沉形成,轮子可以在纵向和横向的方向。gydF4y2Ba

让滑率年代被引入函数之间的比率线性速度v沿着一个轴轮的圆周速度rω:gydF4y2Ba

方程gydF4y2Ba(6)gydF4y2Ba

与r轮的半径。1到1之间的滑移率各不相同,在最高代表车轮旋转失速没有前进运动。横向的火星探测器,实例观察硫酸而跨越高度变形丰富金沙的车轮滑转接近100% (s = 1),引发技术问题和行动不便gydF4y2Ba19gydF4y2Ba,gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。出于这个原因,模拟典型的环境将需要包括现实的条件在典型的单轮平台,在特定情况下当已知标准terramechanics无法预测流动由于高滑动条件(gydF4y2Ba21gydF4y2Ba,gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]。在浴缸的空间系统研究所(ira)努力推动建立一个运动实验基于不同概念设计,提供一个坚实的基础gydF4y2Ba模型gydF4y2Ba改进和相关性的行星探测器轮子。试验台在概念阶段和施工由一个电机驱动的车轮与刚性垂直所示gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba。两个配置计划3 d4空间。在第一个配置(gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba),实验在高滑动比率由于车轮边缘仍然静止,只允许一个免费的垂直位移。此外,水平运输控制平台的横向运动,和不同的滑移率可以调整通过screwdriven机制赋予一个横向,砂轮的精确运动控制,提出了gydF4y2Ba图7 bgydF4y2Ba。实验包含两个汽车和电子产品与规范中提供gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba/ p >。gydF4y2Ba

参数gydF4y2Ba 价值gydF4y2Ba
试验台维度(W×L×H)gydF4y2Ba 1395毫米×1420毫米×3120毫米gydF4y2Ba
土壤gydF4y2Ba TUBS-M月球风化层模拟的gydF4y2Ba
下沉的测量gydF4y2Ba 线性编码器gydF4y2Ba
水平运输gydF4y2Ba 90 W Maxon直流电机gydF4y2Ba
轮马达gydF4y2Ba 200 W Maxon直流电机gydF4y2Ba
力的测量gydF4y2Ba 六轴ATI F / T传感器gydF4y2Ba
扭矩测量gydF4y2Ba 扭矩传感器FutekgydF4y2Ba

表2:gydF4y2Ba单轮试验台的特性。gydF4y2Ba

space-exploration-wheel-testbedgydF4y2Ba

图7:gydF4y2Ba单轮试验台与适应性配置和检测方案。gydF4y2Ba

驱动电动机提供车轮前进运动并嵌入。水平运输电机驱动螺杆驱动致动器,模仿的影响车辆的身体在方向盘上以创建不同的滑移率。方向盘下沉被表示为罗孚开车时下沉通过土壤的深度,和测量高精度linear-potentiometer位移传感器。土槽试验台包括完整的月球风化层模拟的生产(TUBS-M)和大学的尺寸1.3米宽,3.1米长,0.16米宽,赋予足够的空间实验,以避免边界效应。机械框架和在建铁路与位移传感器检测,基础force-torque (F / T)传感器、驱动转矩传感器和光学编码器。F / T传感器纳入轮山可以测量产生的垂直载荷和牵引轮,而总转矩驱动扭矩传感器措施应用于轮。向前运动是有限的1米假设轻量级罗孚的典型的20厘米直径30厘米(gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

轮传感装置gydF4y2Ba

流动性的能力被定义为执行位移探测器在一个措手不及的地形gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]。这种能力将取决于他们的承载能力应对危险情况下实施的救济不影响他们的整体稳定性。实验验证控制轮特点的独轮台允许可靠的方式提供操作经验探测器的核心计划的活动。由于合适的传感装置是安装在轮子的外部监控产生的力和力矩,实际的接触LD乐动体育官网gydF4y2Ba模型gydF4y2Ba可以验证。然而,经典的交互验证的经验gydF4y2Ba模型gydF4y2Ba(gydF4y2Ba25gydF4y2Ba)满足仪表问题时准确地确定方向盘下沉,车轮接触角或压力分布。LD乐动体育官网的团队Nagatani et al。gydF4y2Ba26gydF4y2Ba]表明设备嵌入在目标轮需要测量这些参数或现象,不使用外部设备嵌入式环境中。Shirai的团队提出了一个轮传感系统来完成这个任务(gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]。Iagnemma et al。gydF4y2Ba28gydF4y2Ba)提出了一种电动机转矩之间的相关性和轮下沉,可以研究从土壤中通过相机和一些信息。因此,流动性决心改进余地的仪器和实验数据的处理。gydF4y2Ba

在这项工作中,我们提出了不同的初步概念模型为轮传感设备允许自动采集的压力与颗粒接触点材料。LD乐动体育官网根据类型的轮子,耳分布和十字路口,仪器可以有利于被整合在一个或另一个案例中,在实践中提供最佳的可用数据。最初的目标是使用的方法验证在现实环境中,初始概念轮gydF4y2Ba传感器gydF4y2Ba大致根据(gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]和[gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba),介绍了gydF4y2Ba图8gydF4y2Ba。因为行星探测车遇到的典型设计与平面与锚定桩表面和轮子,轮子的设计gydF4y2Ba图8gydF4y2Ba展示的概念与单层平面轮力传感器电阻以及光传感器模块安装在径向路径。gydF4y2Ba

space-exploration-wheel-sensinggydF4y2Ba

图8:gydF4y2Ba轮的精确测量传感装置gydF4y2Ba压力gydF4y2Ba分布和电阻的力量。gydF4y2Ba

联合使用武力和光探测器沿接触路径~ 100°内径向区域是用来确定车轮接触角而实时测量的压力分布。LD乐动体育官网垂直平台的最大重量,选择传感器的负载范围,对应于20 N在单层面积5.1毫米直径根据制造商(gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba]。此外,ky - 018型光敏电阻模块已经被选择测量光强度沿接触面积。LD乐动体育官网光传感器是关键的数字输出的存在与否与地面接触面积,在某种程度上入口角度测量的分辨率高达4(连续之间的角距离传感器)。LD乐动体育官网gydF4y2Ba

当锚定桩安装表面的轮子,下沉的预测可以通过知识的土壤阻力FgydF4y2BaggydF4y2Ba。传感器组件描述在原来的配置了gydF4y2Ba图8 bgydF4y2Ba。(gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba]。锚定桩连接轮内的弹性部分,谎言,和应变式安装到这个表面。通过锚定桩的旋转运动,产生的应变是橡皮筋,生成由应变计和感觉。老是发牢LD乐动体育官网骚的接触角对松散土壤从这个值决定。甚至老是发牢骚的机制可以沿着一个轴旋转,这个运动是短暂的,因此该轮具有相同的性能作为一个刚性轮(gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

结合垂直平台重量,这里介绍的设备解决方案适合确定探测器的任何类型的移动轮,可以应用到任何类型的土壤在我们的测试环境。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

部署加法制造的模拟任务示范月球风化层似乎可行的几年内积极发展。在浴缸中,基础研究执行在不同的学科和技术准备(trl)水平。特别是新月球土壤模拟的正在生产和表征目标潜在的应用在资源利用率(就地)在极端环境中开放。实验室研究表明最初的模拟的生产的忠诚与母马的基本物理性质和高原地区的月亮。目前团队已经确定,当前状态的艺术,就地取材的几个应用高影响未来太空任务的任务仍在投机性的阶段。因此,3 d4空间联盟促进快速发展的新的处理技术月球风化层证明与熔融光学透明玻璃对象。打印头的浴缸模拟的发展现状和技术成熟(TRL-2和TLR-3)。为现场操作使机器人系统不可或缺的生产硬件的初步尺寸提供有价值的信息来减少任务的风险,特别是在流动和运动能力规划和推动印刷的手臂。积极研究发起的移动探测器小说发展更健壮的技术来解决和预测复杂的探测器响应的领域需要大量的机械稳定性,和一个实验平台验证行星轮和月球之间的基本的接触模型模拟的发展现状。LD乐动体育官网gydF4y2Ba

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