多级锁合仿生黏附捕获机构的设计及试验测试研究

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1、中图分类号：V19论文编号：102871518－SZ011学科分类号：085233硕士学位论文多级锁合仿生黏附捕获机构的设计及试验测试研究研究生姓名周俊专业类别工程硕士专业领域航天工程指导教师戴振东教授南京航空航天大学研究生院航天学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringDesignandExperimentaltestingofHierarchicalInterlockingBio-inspiredAdhesi

2、onCapturingMechanismAThesisinSpaceEngineeringbyZhouJunAdvisedbyProf.DaiZhendongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

3、本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要在太空中抓捕和操控非合作目标是载人航天的关键性技术，目前一个亟待解决的问题就是清理空间碎片。许多传统的在地球表面的机械抓捕技巧在太空中却是不可行的，而自然界中大壁虎的黏附却为该问题的解决提供了新的方法和途径——黏附抓捕。为了验证黏附抓捕方式的可行性并探索仿生黏附材料在航天领域的新的应用前景，本文展开了如下工作。1.分析了大壁虎在竖直表面的黏-脱附运动行为

4、以及黏附自锁合的运动轨迹，结合大壁虎的生物结构，设计了一种仿生黏附机构，主要包括机身、柔性驱动和仿生脚掌（脚爪）机构；对空间黏附捕获机构的工作形式和驱动方式进行了初步的规划，并制作了仿生空间黏附捕获机构样机。2.优化了空间黏附捕获机构的黏附单元关键参数，使其在给定接触力下产生的黏附力最大化；建立了机构在实际碰撞载荷条件下的双质体弹簧阻尼模型；对机构的碰撞-黏附行为和机理进行了初步分析，并为进一步的试验研究方案的参数和指标提供指导。3.在气浮台模拟微重力环境下，测试了捕获装置在不同碰撞速度、不同碰撞角度以及采用不同密度丛状黏附材料时碰撞-黏附行为和接触力；通过黏附脚爪的

5、数目、撕脱过程中的脱附力，定义了黏附安全裕度来评价样机的性能；得到了仿生黏附机构捕获的适用参数边界阈值以及最优工作参数，为黏附捕获机构的空间应用提供了试验指导。关键词：捕获机构；接触碰撞；壁虎；仿生机器人I多级锁合仿生黏附捕获机构的设计及试验测试研究ABSTRACTThetechnologyofon-orbitcaptureandmanipulatingofnon-cooperativetargetsisanimportanttechnologyofmannedspaceflight.Theissueofspacedebrisisoneoftheexistingpro

6、blemsneedstobesolvedurgently.Withthelimitationsofrigidon-orbitcapturebasedonspacemanipulators,theadhesionofGekkogeckoprovidesanewwaytosolvetheproblem,i.e.,theadhesioncapture.Inordertoverifythefeasibilityofspaceadhesioncaptureandexploretheapplicationofbiomimeticadhesionmaterialsinthespac

7、efield,thefollowingworkwascarriedoutinthispaper.1.Thebehaviorofattachmentanddetachmentandthemovingtrailofinterlockingadhesionofgeckointheverticalsurfacewereresearched.Incombinationwiththebiologicalstructureofgecko,theInterlockingBiomimeticAdhesionCapturingMechanismwasdesigned,m