CN116513485A - 一种星球巡视器转移装置及转移特性测试评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种星球巡视器转移装置及转移特性测试评价方法，属于星球巡视器转移及测试技术领域。以满足现有巡视器转移的需求。星球巡视器转移释放装置包括缓释绳、吊杆、摆杆和姿控绳，所述摆杆的一端与着陆器侧壁转动相连，所述摆杆的另一端设置有姿控铰，所述吊杆一端与姿控铰相连，另一端与巡视器相连，所述姿控绳一端与着陆器相连，另一端绕过姿控铰，所述缓释绳缠绕在缓释绳轮上，所述缓释绳轮设置在着陆器侧壁上，所述缓释绳与吊杆相连。它主要用于星球巡视器转移装置及转移特性测试。

Description

一种星球巡视器转移装置及转移特性测试评价方法

技术领域

本发明属于星球巡视器转移及测试技术领域，特别是涉及一种星球巡视器转移装置及转移特性测试评价方法。

背景技术

转移机构是将着陆器搭载的巡视器转移释放到星球表面的组件，它在地外天体探测领域有着重要应用。转移机构所代表的转移释放技术是整个地外天体探测任务所需的技术体系中的关键技术之一，是决定探测任务成败的关键一环。

根据着陆方式及巡视器质量不同，转移机构的形式多样。以月球车的转移工作为例，其要求在地月转移段、环月段和动力下降段等飞行过程，月球车及转移机构应可靠压紧在着陆器的侧壁上，并能承受横向和纵向加速度载荷；在着陆器安全着陆月面后，月球车在转移机构的作用下可靠转移至月面并可靠脱离。这也就对转移机构提出了更高的要求，需要落月转移机构在飞行阶段及落月转移前，月球车及转移机构安全可靠压紧安装在着陆器上；着陆器在落月后，转移机构及月球车实现与着陆器的分离解锁，转移机构将月球车可靠转移至月面，同时，着陆器存在侧倾俯仰等各种工况，为此，转移机构应能在各种着陆工况下，均可实现将月球车可靠转移至月面，月球车落月地点应具有一定可选范围，以避开月面凹坑和凸起；月球车平稳落月后，月球车与转移机构脱离，实现月球车月面自由行走。

其他巡视器的要求与月球车基本相同，因此需要提供一种能够满足现阶段星球巡视器转移的方案。

而巡视器转移机构是在地外空间环境执行巡视器转移释放任务的空间机构，在设计阶段与执行阶段中，转移机构是否符合严格的工程约束、设计指标以及在非确知环境下展开转移是否稳定可靠，是巡视器能否顺利完成任务的关键。因此在设计执行阶段对机构的试验测试就尤为重要，当前针对巡视器转移机构的测试采集评估系统研究甚少。

在进行月球巡视器的地面模拟实验时，需要模拟件拥有与月面同等条件下的相对应的质量、质心、转动惯量等参数，如月球重力约为地球的1/6，故在地面模拟的质量应当为月球的1/6。在地面模拟实验中，直接制造模拟件再进行调整工作量较大，耗费较多。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种星球巡视器转移装置及转移特性测试评价方法，以满足现有巡视器转移的需求。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种星球巡视器转移释放装置，它包括缓释绳、吊杆、摆杆和姿控绳，所述摆杆的一端与着陆器侧壁转动相连，所述摆杆的另一端设置有姿控铰，所述吊杆一端与姿控铰相连，另一端与巡视器相连，所述姿控绳一端与着陆器相连，另一端绕过姿控铰，所述缓释绳缠绕在缓释绳轮上，所述缓释绳轮设置在着陆器侧壁上，所述缓释绳与吊杆相连。

更进一步的，所述巡视器通过第一锁紧机构与着陆器侧壁相连，所述第一锁紧机构的数量为多个，多个第一锁紧机构分别位于巡视器的多个角点，所述第一锁紧机构为电磁锁紧机构，所述巡视器通过第二锁紧机构与吊杆相连，所述第二锁紧机构为机械锁紧机构，所述机械锁紧机构为两处互相包络的C型结构，所述吊杆通过阻尼吊铰与巡视器相连，所述吊杆为L型结构，巡视器设置在L型结构内侧，所述姿控铰上设置有槽型凸轮结构，所述缓释绳轮底部设有弹性抱抓。

本发明还提供了一种星球巡视器转移释放装置的转移释放方法，在转移初始状态，巡视器与摆杆锁紧在着陆器侧壁上，转移开始时，通过缓释绳释放摆杆，摆杆携带巡视器进行摆转，由于巡视器与吊杆存在机械锁紧，转移初始阶段，巡视器不绕质心进行回转，当巡视器与吊杆解锁后，巡视器在质心重力矩的作用下绕阻尼吊铰进行旋转，在阻尼及限位作用下，旋转姿态后的巡视器与吊杆处于相对静止位置，摆杆继续转动，将巡视器转移至星球表面。

本发明还提供了一种用于星球巡视器转移释放装置的无线测试采集及评估系统，所述系统包括：传感器采集模块、无线传输模块和上位机PC系统；

所述传感器采集模块用于采集转移机构的试验数据，包括若干个传感器，所述若干个传感器分别布置在转移机构的相应部位；

所述无线传输模块用于实现所述上位机PC系统与所述传感器采集模块之间信号和数据的的无线传输；

所述上位机PC系统用于对传感器、传输系统和转移机构进行控制，以及数据采集、处理与测试结果评估，具体包括：初始化与状态监控、试验过程选择与参数设置、数据采集、数据分析与评估和实验日志与报告；

所述初始化与状态监控用于实现所述若干个传感器联合通讯，还用于判定转移机构状态进行提示和报警；

所述试验过程选择与参数设置用于选择完成解锁、举平、下放、释放或收回不同过程阶段，对各个流程进行单独或者组合试验；参数设置实现转移机构在不同姿态下的测试任务，所述参数包括缓释速度、着陆器姿态俯仰侧倾角度、联动绳预紧力和视器质量质心；

所述数据采集用于完成通道校准、数据自适应采样处理、图形与数据显示和数据参数的设定；

所述数据分析与评估用于基于理论分析，参考仿真数据，完成相关试验数据的分析并给出结论，具体包括：得到转移机构实验条件与工况的单个变量对关键测量参数的单因素规律结果；根据转移机构关键试验参数与工况试验参数生成参数耦合正交试验表，并提供多因素正交试验方案，通过多因素正交试验测试，获得多因素水平趋势图，得到转移机构试验过程中的被测量的最大可能影响情况的组合参数；通过与仿真数据的比对分析，结合单因素多因素试验结果分析，获取转移机构试验的数据合理性、实验过程单因素对被测量的影响情况和多因素对被测量最大可能影响情况的评估。

更进一步的，所述传感器采集模块包括贴片式应变传感器、张力传感器、角度传感器和扭矩传感器，所述试验数据包括应力、应变、拉力、压力和角度，所述若干个传感器分别布置在转移机构的相应部位，具体包括：所述张力传感器分别用于获取转移机构中悬吊转移机构的缓释绳张力及调节巡视器姿态的调姿绳张力，分别布置在缓释绳与翻转机构摆转臂连接处及转移机构旋转铰链和联动机构间调姿绳中点处；所述贴片式应变传感器分别用于获取转移机构结构关键位置应变，分别布置在主体摆转框架上旋转铰链和联动机构间中点处、下方旋转铰链与着陆器的连接支座处、锁紧机构与着陆器连接处和摆转臂中点处；所述角度传感器分别用于获取巡视器俯仰姿态角度、着陆器姿态角度和转移机构翻转角度，分别布置在着陆器未安装转移机构的侧面处、巡视器上方水平平面处和转移机构安装巡视器面不干涉处；所述扭矩传感器分别获取转移机构结构关键位置扭矩，分别布置在转移机构下方铰链轴处和上方翻转机构摆转轴处，所述实现所述上位机PC系统与所述传感器采集模块之间信号和数据的的无线传输，具体包括：根据所述所述传感器采集模块中的传感器数量和种类，建立多通道同步采集通讯方法，所述实现所述若干个传感器联合通讯，具体包括：通过建立无线传输模块组IP地址信息与采集通道信息数据库，获取二者对应关系，与无线传输模块建立多通道同步采集通讯；所述数据库建立步骤包括：建立数据库文件表，将当前各个无线传输模块的IP地址及相应的采集通道个数输入完成数据入库；完成所有采集通道的注册，流程与地址注册类似；完成各个通道具体采集量信息的注册；读取地址和通道名称至两个枚举中，选择无线传输模块、地址对应的通道，输入该通道相对应的通道具体的信息完成数据入库；其中同一个IP可以对应多个通道，但是一个通道只能选择一个IP，所述完成通道校准、数据自适应采样处理、图形与数据显示和数据参数的设定，具体包括：所述通道校准，通过多组实际值和测试值的比较计算，得到各通道传感器的校准修正关系，并记录存储；所述数据自适应采样处理根据预先导入的仿真数据，分析数据特征，自适应调整数据的采样与存储频率；所述数据参数的设定在保存采集数据的过程中同时将所设定的参数一并保存在各个通道中。

本发明还提供了一种基于无线测试采集及评估系统的用于星球巡视器转移释放装置的无线测试采集及评估方法，所述方法包括：

S1、运行上位机PC系统；完成初始化系统硬件和通讯测试；

S2、转移机构缓释驱动装置上电、完成着陆器准备、缓释驱动器、巡视器电磁锁紧装置断电锁紧和巡视器模样件质量准备；

S3、根据试验要求，进行参数设定，所述设定的参数包括工况控制参数、输入范围和试验关键参数，调节转移机构工况和监控；

S4、实时测试、记录数据、角度状态监测和数据实时显示；

S5、数据表格、曲线显示数据存储和实验日志记录；

S6、数据分析、试验评价和实验报告。

更进一步的，S1具体包括：

S1.1、新建tdms数据库文件表IPAdress，将当前各组无线传输模块的IP地址及相应的传感器采集通道个数输入；

S1.2、完成所有通道的注册；

S1.3、完成各个通道具体信息的注册，读取IP地址和通道名称至两个枚举中，选择IP地址对应的通道，输入该通道相对应的通道具体的信息；同一个IP可以对应多个通道，但是一个通道只能选择一个IP；

S1.4、建立上位软件系统与无线传输模块TCP侦听，通过S1.1、S1.2和S1.3注册的无线传输模块IP、采集通道信息，建立多地址TCP同步连接。

更进一步的，S4具体包括：

S4.1、根据传感器布置完成关键参数仿真计算；

S4.2、通过仿真数据，提取仿真数据特征，建立常规采集频率；

判定采集过程中的关键步骤点，具体包括：极值点位置左右邻域内采集密度远大于其他位置和斜率突变位置左右邻域内采集密度远大于其他位置，控制通过S1建立的多通路同步通讯同时调节采集频率；

S4.3、根据S3设置工况参数、试验关键参数以及其输入范围，在工况参数输入范围内按等间隔、对分间隔、黄金分割间隔和斐波那契间隔中的一种划分工况，针对每个工况参数自动生成单因素试验方案及表格；对于工况参数范围大且标准工况不明时应用对分间隔，对于测量系统精度要求高，且关键参数曲线为单峰时应用黄金分割间隔，针对工况参数取值为整数或有限个是应用斐波那契间隔，常规条件下应用等间隔；

S4.4、根据S4.3生成的单因素试验方案，确定工况参数和关键参数的因素数量和水平数量，建立正交关系，根据正交性计算生成相关正交表L_n(a^p)，其中P是正交表列数，n为正交表行数，a为水平数；通过正交表格和工况参数与关键参数生成多因素试验方案及多因素正交试验表格；

S4.5、读取S1中所有传感器采集通道，提取通道具体的信息；完成通道校准测试，将多组传感器的实际值和测试值输入软件系统数据采集模块，计算实际值与测试值曲线系数K和B，并将结果输入数据库；根据数据库中数据曲线系数K和B自动校准多通道传感器数据；

S4.6按照注册通道名称完成仿真数据的输入，根据仿真数据曲线特征自适应调整传感器采集频率。

本发明还提供了一种用于星球巡视器转移释放装置的星球巡视器等效质量模拟装置，包括框架结构、车轮系统和配重系统，所述配重系统固定在框架结构内部，所述配重系统包括配重块，通过调节配重块的重量和位置，模拟配重和质心位置，所述车轮系统固定于框架结构上，所述车轮系统能够调节高度，分别进行对应的质量质心模拟。

更进一步的，所述车轮系统包括若干车轮和车架，所述车架上连接有车轮，所述车架包括若干方材、连接件和转动关节，所述方材通过连接件连接在转动关节上，所述方材与车轮连接，所述车轮系统还包括紧固螺栓，紧固螺栓安装在车轮安装座上，所述车轮安装座设置有多个档位，通过紧固螺栓完成档位调节，进而调节车轮系统的高度，所述配重系统还包括配重安装杆、配重安装板和若干配重安装螺栓，所述配重安装杆固定在框架结构上部，配重安装板固定于配重安装杆上，所述配重安装板上安装有若干配重安装螺栓，每个配重安装螺栓用于安装配重块，所述配重块通过螺母和套筒进行固定，所述配重系统的配重有三种模式，分别为标称重量、1.2倍标称重量和1.5倍标称重量，所述配重安装板为腰型槽铝板，所述框架结构为铝合金方材与连接件连接而成，所述框架结构的底部框架内安装有十字加强杆，防止底部变形，所述配重系统还包括支撑柱，所述支撑柱顶部与安装在配重安装杆上的支撑板连接，底部与十字加强杆连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所述的星球巡视器转移释放装置及转移释放方法能够适应星球表面15°的俯仰侧倾角度。巡视器车轮在初始状态时锁紧，转移接近星球表面时车轮解锁展开。转移释放装置均有系统质量低和功耗低的特点。姿控铰处为复合组构，除具有回转功能，还具有槽型凸轮结构进行转动限位。姿控绳-摆杆组件构成类平行四杆机构，实现控力、控姿。转移过程中，可根据实际转移需求设计姿控铰槽型凸轮廓线，调节姿控绳长度进而控制摆转过程中吊杆转动角度，调整巡视器着陆姿态和转移距离。阻尼吊铰为复合结构，具有重力矩回转限位、限制巡视器摆转震荡等功能。缓释绳轮具有主动牵引、被动释放功能。可使转移释放装置在着陆负倾角状态，重力矩不足以驱动转移释放装置时，利用缓释绳轮的主动牵引功能驱动转移释放装置工作，增加本发明的适应性。当摆转过程中，重力矩主动做功时，缓释绳轮处于被动释放状态，控制摆杆回转速度。缓释绳轮底部有弹性抱抓，可在着陆正倾角状态时避免解锁后摆杆突然释放对转移释放装置造成的冲击。

本发明所述的用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估系统和方法，完整的完成转移机构在标称、后仰、前倾、侧倾四种姿态下展开与转移过程的全部测试过程，合理设计布局传感器采集模块，采集试验测试过程中的驱动组件参数、绳索张力、角度、机构不同位置应变等关键参数；能够根据仿真数据，合理调整数据密度，准确高效地完成数据处理，完成各项实验参数、试验工况下的关键被测量对应数据的预处理与存储；能够根据采集数据与仿真结果的比对，进行相关参数间的单因素分析，根据转移机构关键试验参数与工况试验参数生成参数耦合正交试验表，并提供多因素正交试验方案，通过多因素正交试验测试与结果分析，能够获得多因素水平趋势图，得到转移机构试验过程中的被测量的最大可能影响情况(如最大载荷)的组合参数；能够通过测试数据与仿真数据的比对分析，结合单因素、多因素试验分析结果，给出转移机构试验的数据合理性、实验过程单因素对被测量的影响情况、多因素对被测量最大可能影响情况的评估。适用于巡视器转移机构的测试，能够准确、便捷地完成转移机构转移特性试验全过程的关键参数测试采集与评估功能，得到转移机构测试工况下的测试数据合理性、试验被测参数规律以及被测件性能状态等方面的评估，验证转移机构设计原理的正确性、零部件设计的合理性与匹配性，为进一步发现设计不足、改进完善产品设计提供充分的数据依据。

本发明所述的星球巡视器等效质量模拟装置，首先利用计算机模拟软件进行质量质心仿真，再进行实验计划，对模样阶段巡视器进行月面等效质量模拟，协助进行转移机构转移特性试验，能够模拟出真实的巡视器的外形尺寸以及月面环境下的等效质量、等效质心与转动惯量。可模拟巡视器在月面状态下的质量大小与质心位置，为转移机构的设计与地表提供较真实的模拟对象，并可调节多种质量挡位。框架结构针对性优化，由于负载的配重，简单的12杆框架不能承担过大的配重，在实验1.2与1.5倍标准重量时容易发生变形，使得质心偏移，实验结果有较大误差。于是本发明于框架结构左右后面中部加竖向支撑杆，加强纵向强度。于底部加十字加强杆，防止底部变形。前部需要固定在转移机构上，对结构有一定的要求，故在前部加一横杆二纵向小短杆支撑。为了进一步抵消配重对框架结构的影响与配重对质心安装杆的变形影响，与底部加强十字中心处立一支撑立柱抵住质心安装杆。本发明通过进行ANSYS模拟软件仿真，获取模拟车整体结构在1.5倍标称重量下的变形，分别得到模拟结构水平放置与竖直放置下的变形，优化过的结构变形量显著减小。巡视器车轮能够调节高度，可分别进行对应的质量质心模拟。车轮系统有车轮、转动关节、连接框架构成，为了达到多种车轮高度，并控制三个轮子处于同一水平面，设计有三个转动关节，分别调节车轮的高度与姿态。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述的一种星球巡视器转移释放装置结构示意图；

图2为本发明所述的一种星球巡视器转移释放装置转移状态示意图；

图3为本发明所述的一种星球巡视器转移释放方法初始锁紧状态示意图；

图4为本发明所述的一种星球巡视器转移释放方法摆转A状态示意图；

图5为本发明所述的一种星球巡视器转移释放方法摆转B状态示意图；

图6为本发明所述的一种星球巡视器转移释放方法最终状态示意图；

图7为本发明所述的缓释绳轮主动牵引状态示意图；

图8为本发明所述的缓释绳轮被动缓释状态示意图；

图9为本发明的巡视器转移机构的无线测试采集及评估系统硬件结构示意图；

图10为本发明的测量系统的实验传感器部署方案图；

图11为本发明的巡视器转移机构的无线测试采集及评估系统流程示意图；

图12为本发明的巡视器转移机构的无线测试采集及评估系统硬件结构示意图；

图13为本发明所述的星球巡视器等效质量模拟装置的结构示意图；

图14为本发明所述的星球巡视器等效质量模拟装置的车轮展开示意图；

图15为三种配种质量安装情况示意图，其中(a)表示标称重量重量模式，(b)表示1.2倍标称重量模式，(c)表示1.5倍标称重量模式；

图16为本发明所述的星球巡视器等效质量模拟装置的立体结构图；

图17为本发明所述的框架结构图；

图18为本发明所述的星球巡视器等效质量模拟装置的车轮放下的示意图；

图19为本发明所述的星球巡视器等效质量模拟装置的车轮收起的示意图；

图20为本发明所述的配重系统的结构示意图；

图21为本发明所述的车轮系统的结构示意图。

1-第一锁紧机构，2-缓释绳轮，3-缓释绳，4-姿控铰，5-第二锁紧机构，6-吊杆，7-阻尼吊铰，8-巡视器，9-摆杆，10-姿控绳，11-着陆器，12-框架结构，13-配重系统，14-车轮系统，15-固定角座，16-支撑板，17-支撑柱，18-配重块B，19-配重块A，20-配重安装杆，21-配重安装板，22-配重安装螺栓，23-转动关节，24-方材转接口，25-车轮，26-紧固螺栓，27-车轮安装座，28-方材-转轴转接件，29-一号方材，30-二号方材，31-三号方材，32-转轴，33-车轮系统安装座，34-六号方材，35-转换口，36-四号方材，37-五号方材，38-V型转动转接件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参见图1-8说明本实施方式，一种星球巡视器转移释放装置，它包括缓释绳3、吊杆6、摆杆9和姿控绳10，所述摆杆9的一端与着陆器11侧壁转动相连，所述摆杆9的另一端设置有姿控铰4，所述吊杆6一端与姿控铰4相连，另一端与月球车相连，所述姿控绳10一端与着陆器11相连，另一端绕过姿控铰4，所述缓释绳3缠绕在缓释绳轮2上，所述缓释绳轮2设置在着陆器11侧壁上，所述缓释绳3与吊杆6相连。

本实施例整体采用“双杆双绳”结构，其中“双杆”即摆杆9和吊杆6，“双绳”即缓释绳3和姿控绳10。摆杆9为刚性结构，能够围绕与着陆器11侧壁的连接点进行旋转。吊杆6与姿控铰4焊接，姿控铰4的旋转控制吊杆6的旋转使月球车旋转，降低月球车与吊杆6在机械锁紧机构脱离时的势能。缓释绳3通过缓释绳轮2释放，缓释绳3与摆杆9连接，缓释绳3具有弹性，降低摆杆9的下降速度。姿控绳10通过绕过姿控铰4的形式对吊杆6与月球车实施位姿控制。

缓释绳轮2用于释放缓释绳3降低摆杆9的下降速度。缓释绳轮2具有主动牵引功能和被动释放功能。可使转移释放装置在着陆负倾角状态，重力矩不足以驱动摆转机构时，利用缓释绳3的主动牵引功能驱动转移释放装置工作。

所述月球车通过第一锁紧机构1与着陆器11侧壁相连，初始状态下月球车和摆杆9通过第一锁紧机构1锁紧在着陆器11侧壁上。优选的，所述第一锁紧机构1的数量为多个，多个第一锁紧机构1分别位于月球车的多个角点，月球车车轮折叠在靠近着陆器11侧，在转移过程车轮悬架可主动展开，月球车车轮达到工作状态。所述第一锁紧机构1优选为电磁锁紧机构，采用电磁锁紧，通电时磁性消失将摆杆9释放。

所述月球车通过第二锁紧机构5与吊杆6相连，由于月球车与吊杆6存在第二锁紧机构5，转移初始阶段，月球车并不绕质心进行回转，避免了月球车与着陆器11发生碰撞。当月球车与吊杆6解锁后，第二锁紧机构5解锁。优选的，所述第二锁紧机构5为机械锁紧机构，所述机械锁紧机构为两处互相包络的C型结构，控制月球车与吊杆6的固定，在合适的角度下，互相脱离使月球车与吊杆6释放。

所述吊杆6通过阻尼吊铰7与月球车相连，所述吊杆6为L型结构，月球车设置在L型结构内侧。阻尼吊铰7为复合结构，具有重力矩回转限位、限制月球车摆转震荡等功能。当月球车与吊杆6解锁后，机械锁紧机构解锁，月球车在质心重力矩的作用下绕阻尼吊铰7进行旋转。在阻尼及限位作用下，旋转姿态后的月球车与吊杆6处于相对静止位置。

所述姿控铰4处为复合组构，除具有回转功能，姿控铰4上还设置有槽型凸轮结构进行转动限位，姿控绳-摆杆组件构成类平行四杆机构，实现控力、控姿。转移过程中，可根据实际需求设计姿控铰4的槽型凸轮廓线，调节姿控绳10长度进而控制摆转过程中吊杆6转动角度，调整月球车着陆姿态和转移距离。所述缓释绳轮2底部设有弹性抱抓，可在着陆正倾角状态时避免解锁后摆杆9突然释放对转移释放装置造成的冲击。

本发明还提供了一种星球巡视器转移释放装置的转移释放方法，在转移初始状态，月球车与摆杆9锁紧在着陆器11侧壁上，转移开始时，通过缓释绳3释放摆杆9，摆杆9携带月球车进行摆转，由于月球车与吊杆6存在机械锁紧，转移初始阶段，月球车不绕质心进行回转，当月球车与吊杆6解锁后，月球车在质心重力矩的作用下绕阻尼吊铰7进行旋转，在阻尼及限位作用下，旋转姿态后的月球车与吊杆6处于相对静止位置，摆杆9继续转动，将月球车转移至星球表面。

月球车通过多个锁紧点连接于着陆器侧壁(Y0Z平面)，多个锁紧点分别位于月球车车厢的多个角点。月球车车轮折叠在靠近着陆器侧，在转移过程车轮悬架可主动展开，月球车车轮达到工作状态。

所述姿控铰4处为复合组构，除具有回转功能，姿控铰4上还设置有槽型凸轮结构进行转动限位，姿控绳-摆杆组件构成类平行四杆机构，实现控力、控姿。转移过程中，可根据实际需求设计姿控铰4的槽型凸轮廓线，调节姿控绳10长度进而控制摆转过程中吊杆6转动角度，调整月球车着陆姿态和转移距离。

阻尼吊铰7为复合结构，具有重力矩回转限位、限制月球车摆转震荡等功能。缓释绳轮2具有主动牵引功能和被动释放功能。可使转移释放装置在着陆负倾角状态，重力矩不足以驱动摆转机构时，利用缓释绳3的主动牵引功能驱动转移释放装置工作，增加本方案的适应性。当摆转过程中，重力矩主动做功时，缓释绳轮2处于被动释放状态，控制摆杆9回转速度。缓释绳轮2底部设有弹性抱抓，可在着陆正倾角状态时避免解锁后摆杆9突然释放对转移释放装置造成的冲击。

月球车转移释放工作过程，如图3-6所示。在转移释放初始状态，月球车与摆杆9同着陆器11侧面锁紧。转移开始时，摆杆9携带月球车进行摆转。由于月球车与吊杆6存在机械锁紧，转移初始阶段，即摆转A状态，月球车并不绕质心进行回转，避免了月球车与着陆器11发生碰撞。当月球车与吊杆6解锁后，机械锁紧机构解锁，月球车在质心重力矩的作用下绕阻尼吊铰7进行旋转，系统进入转摆B状态。在阻尼及限位作用下，旋转姿态后的月球车与吊杆6处于相对静止位置。摆杆9继续转动，将月球车转移至月面状态。整个月球车转移过程结束。

对于其他星球的星球巡视器转移方案与落月转移过程相同，巡视器8为对应的星球的巡视器即可。

所述的星球巡视器转移释放装置及转移释放方法能够适应星球表面15°的俯仰侧倾角度。巡视器车轮在初始状态时锁紧，转移接近星球表面时车轮解锁展开。转移释放装置均有系统质量低和功耗低的特点。姿控铰处为复合组构，除具有回转功能，还具有槽型凸轮结构进行转动限位。姿控绳-摆杆组件构成类平行四杆机构，实现控力、控姿。转移过程中，可根据实际转移需求设计姿控铰槽型凸轮廓线，调节姿控绳长度进而控制摆转过程中吊杆转动角度，调整巡视器着陆姿态和转移距离。阻尼吊铰为复合结构，具有重力矩回转限位、限制巡视器摆转震荡等功能。缓释绳轮具有主动牵引、被动释放功能。可使转移释放装置在着陆负倾角状态，重力矩不足以驱动转移释放装置时，利用缓释绳轮的主动牵引功能驱动转移释放装置工作，增加本发明的适应性。当摆转过程中，重力矩主动做功时，缓释绳轮处于被动释放状态，控制摆杆回转速度。缓释绳轮底部有弹性抱抓，可在着陆正倾角状态时避免解锁后摆杆突然释放对转移释放装置造成的冲击。

一种用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估系统和方法包括以下实施方式：

实施方式一、一种用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估系统，所述系统包括：传感器采集模块、无线传输模块和上位机PC系统；

所述传感器采集模块用于采集转移机构的试验数据，包括若干个传感器，所述若干个传感器分别布置在转移机构的相应部位；

所述无线传输模块用于实现所述上位机PC系统与所述传感器采集模块之间信号和数据的的无线传输；

所述上位机PC系统用于对传感器、传输系统和转移机构进行控制，以及数据采集、处理与测试结果评估，具体包括：初始化与状态监控、试验过程选择与参数设置、数据采集、数据分析与评估和实验日志与报告；

所述初始化与状态监控用于实现所述若干个传感器联合通讯，还用于判定转移机构状态进行提示和报警；

所述试验过程选择与参数设置用于选择完成解锁、举平、下放、释放或收回不同过程阶段，对各个流程进行单独或者组合试验；参数设置实现转移机构在不同姿态下的测试任务，所述参数包括缓释速度、着陆器姿态俯仰侧倾角度、联动绳预紧力和视器质量质心；

所述数据采集用于完成通道校准、数据自适应采样处理、图形与数据显示和数据参数的设定；

所述数据分析与评估用于基于理论分析，参考仿真数据，完成相关试验数据的分析并给出结论，具体包括：得到转移机构实验条件与工况的单个变量对关键测量参数的单因素规律结果；根据转移机构关键试验参数与工况试验参数生成参数耦合正交试验表，并提供多因素正交试验方案，通过多因素正交试验测试，获得多因素水平趋势图，得到转移机构试验过程中的被测量的最大可能影响情况的组合参数；通过与仿真数据的比对分析，结合单因素多因素试验结果分析，获取转移机构试验的数据合理性、实验过程单因素对被测量的影响情况和多因素对被测量最大可能影响情况的评估。

本实施方式中，可以完整的完成转移机构在标称、后仰、前倾、侧倾四种姿态下展开与转移过程的全部测试过程，合理设计布局传感器采集模块，采集试验测试过程中的驱动组件参数、绳索张力、角度、机构不同位置应变等关键参数；

能够根据仿真数据，合理调整数据密度，准确高效地完成数据处理，完成各项实验参数、试验工况下的关键被测量对应数据的预处理与存储；

能够根据采集数据与仿真结果的比对，进行相关参数间的单因素分析，根据转移机构关键试验参数与工况试验参数生成参数耦合正交试验表，并提供多因素正交试验方案，通过多因素正交试验测试与结果分析，能够获得多因素水平趋势图，得到转移机构试验过程中的被测量的最大可能影响情况(如最大载荷)的组合参数；

能够通过测试数据与仿真数据的比对分析，结合单因素、多因素试验分析结果，给出转移机构试验的数据合理性、实验过程单因素对被测量的影响情况、多因素对被测量最大可能影响情况的评估。

实施方式二，本实施方式是对实施方式一所述的一种用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估系统的进一步限定，本实施方式中，对所述传感器采集模块，做了进一步限定，具体包括：

所述传感器采集模块包括贴片式应变传感器、张力传感器、角度传感器和扭矩传感器。

本实施方式中，选取合适的传感器，以采集试验测试过程中的驱动组件参数、绳索张力、角度、机构不同位置应变等关键参数。

实施方式三，本实施方式是对实施方式二所述的一种用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估系统的进一步限定，本实施方式中，对所述试验数据，做了进一步限定，具体包括：

所述试验数据包括应力、应变、拉力、压力和角度。

本实施方式的试验数据用于直接或间接反映驱动组件参数、绳索张力、角度、机构不同位置应变等关键参数。

实施方式四，本实施方式是对实施方式三所述的一种用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估系统的进一步限定，本实施方式中，对所述若干个传感器分别布置在转移机构的相应部位，做了进一步限定，具体包括：

所述张力传感器分别用于获取转移机构中悬吊转移机构的缓释绳张力及调节巡视器姿态的调姿绳张力，分别布置在缓释绳与翻转机构摆转臂连接处及转移机构旋转铰链和联动机构间调姿绳中点处；所述贴片式应变传感器分别用于获取转移机构结构关键位置应变，分别布置在主体摆转框架上旋转铰链和联动机构间中点处、下方旋转铰链与着陆器的连接支座处、锁紧机构与着陆器连接处和摆转臂中点处；所述角度传感器分别用于获取巡视器俯仰姿态角度、着陆器姿态角度和转移机构翻转角度，分别布置在着陆器未安装转移机构的侧面处、巡视器上方水平平面处和转移机构安装巡视器面不干涉处；所述扭矩传感器分别获取转移机构结构关键位置扭矩，分别布置在转移机构下方铰链轴处和上方翻转机构摆转轴处。

本实施方式中，合理设计布局传感器采集模块，以采集试验测试过程中的驱动组件参数、绳索张力、角度、机构不同位置应变等关键参数。

实施方式五，本实施方式是对实施方式一所述的一种用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估系统的进一步限定，本实施方式中，对所述实现所述上位机PC系统与所述传感器采集模块之间信号和数据的无线传输，做了进一步限定，具体包括：

根据所述传感器采集模块中的传感器数量和种类，建立多通道同步采集通讯方法。

本实施方式中，利用无线传输模块，实现上位机PC系统与转移机构传感器采集模块无线传输，实现对信号和数据的无线通讯。

以无线传输模块为载体，以TCP通讯为基础，建立多组多种类如张力传感器、应力应变传感器、角度传感器的多通道同步采集通讯方法。无线传输模块具备多个拓展接口，用于增加测试通道数量，便于随时添加变更试验测试方案。

无线传输模块，满足测试系统的功能性能要求，另一方面能够大大避免有线系统所产生的附加载荷、传感器干扰，也使系统实施更加简单方便。

实施方式六，本实施方式是对实施方式一所述的一种用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估系统的进一步限定，本实施方式中，对所述实现所述若干个传感器联合通讯，做了进一步限定，具体包括：

通过建立无线传输模块组IP地址信息与采集通道信息数据库，获取二者对应关系，与无线传输模块建立多通道同步采集通讯；

所述数据库建立步骤包括：建立数据库文件表，将当前各个无线传输模块的IP地址及相应的采集通道个数输入完成数据入库；完成所有采集通道的注册，流程与地址注册类似；完成各个通道具体采集量信息的注册；读取地址和通道名称至两个枚举中，选择无线传输模块、地址对应的通道，输入该通道相对应的通道具体的信息完成数据入库；其中同一个IP可以对应多个通道，但是一个通道只能选择一个IP。

本实施方式中，通过建立无线传输模块组IP地址信息与采集通道信息数据库，获取二者对应关系，输入到软件系统，与无线传输模块建立多通道同步采集通讯，实现与试验过程高精度匹配的同步数据采集，为后续处理数据与评估测试过程提供基础。

实施方式七，本实施方式是对实施方式一所述的一种用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估系统的进一步限定，本实施方式中，对所述完成通道校准、数据自适应采样处理、图形与数据显示和数据参数的设定，做了进一步限定，具体包括：

所述通道校准，通过多组实际值和测试值的比较计算，得到各通道传感器的校准修正关系，并记录存储；所述数据自适应采样处理根据预先导入的仿真数据，分析数据特征，自适应调整数据的采样与存储频率；所述数据参数的设定在保存采集数据的过程中同时将所设定的参数一并保存在各个通道中。

本实施方式中，自适应调整数据的采样与存储频率，提高试验关键时刻或者关键阶段的数据密度，同时降低平滑变化数据密度，节省存储空间，实现自适应采集。

实施方式八，本实施方式是基于如上文所述的一种用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估系统的具体实施例，包括：

所述系统包括硬件系统和软件系统两个部分。

如图9所示，硬件系统包括传感器采集模块、无线传输模块和上位PC机系统。

传感器采集模块包括、张力传感器、角度传感器，分别用于应力、应变、拉力、压力、角度等被测量的测量。

传感器布置连线方式如图9所示，多种传感器在转移机构相应部位的布置连接，实现正确测量被测量或被测量分量的功能。

张力传感器分别用于获取转移机构中悬吊转移机构的缓释绳张力(S101)及调节巡视器姿态的调姿绳张力(S102、S103)，分别布置在缓释绳与翻转机构摆转臂连接处及转移机构旋转铰链和联动机构间调姿绳中点处；贴片式应变传感器分别用于获取转移机构结构关键位置应变，分别布置在主体摆转框架上旋转铰链和联动机构间中点处(F201)、下方旋转铰链与着陆器的连接支座处(F204、F205)、锁紧机构与着陆器连接处(F203)、摆转臂中点处(F202)；角度传感器分别用于获取巡视器俯仰姿态角度(A301)、着陆器姿态角度(A302)、转移机构翻转角度(A303)，分别布置在着陆器未安装转移机构的侧面处、巡视器上方水平平面处、转移机构安装巡视器面不干涉处；扭矩传感器分别获取转移机构结构关键位置扭矩，分别布置在转移机构下方铰链轴处(T402、T403)、上方翻转机构摆转轴处(T401)。

无线传输模块：利用无线传输模块，实现上位机PC系统与转移机构传感器采集模块无线传输，实现对信号和数据的无线通讯。

以无线传输模块为载体，以TCP通讯为基础，建立多组多种类如张力传感器、应变片、角度传感器的多通道同步采集通讯方法。无线传输模块具备多个拓展接口，用于增加测试通道数量，便于随时添加变更试验测试方案。

无线传输模块，满足测试系统的功能性能要求，另一方面能够大大避免有线系统所产生的附加载荷、传感器干扰，也使系统实施更加简单方便。

上位机PC系统：作为软件系统的载体，实现对传感器、传输系统和转移机构的控制，及数据采集、处理与测试结果评估。

如图12所示，软件系统功能包括：初始化与状态监控、试验过程选择与参数设置、数据采集、数据分析与评估、实验日志与报告。

初始化与状态监控：通过建立无线传输模块组IP地址信息与采集通道信息数据库，获取二者对应关系，输入到软件系统，与无线传输模块建立多通道同步采集通讯；

该部分主要实现多传感器联合通讯。上述数据库建立步骤包括，首先建立数据库文件表。将当前各个无线传输模块的IP地址及相应的采集通道个数输入完成数据入库。然后完成所有采集通道的注册，流程与地址注册类似(数据库不同)。最后完成各个通道具体采集量信息的注册。读取地址和通道名称至两个枚举中，选择无线传输模块、地址对应的通道，输入该通道相对应的通道具体的信息完成数据入库。其中同一个IP可以对应多个通道，但是一个通道只能选择一个IP。状态监控另外通过系统判定转移机构状态进行提示和报警。

试验过程选择与参数设置：试验过程选择完成解锁、举平、下放、释放、收回等不同过程阶段，也可对各个流程进行单独或者组合试验；参数设置实现转移机构在标称、后仰、前倾、侧倾四种姿态下的测试任务，包括缓释速度，着陆器姿态俯仰侧倾角度、联动绳预紧力、巡视器质量质心等参数的设定。

数据采集：主要是完成通道校准、数据自适应采样处理、图形与数据显示、数据参数的设定等功能。①通道校准，通过多组实际值和测试值的比较计算，得到各通道传感器的校准修正关系，并记录存储；②根据预先导入的仿真数据，分析数据特征，自适应调整数据的采样与存储频率，提高试验关键时刻或者关键阶段的数据密度，同时降低平滑变化数据密度，节省存储空间，实现自适应采集；③完成图像与数据的显示；④在保存采集数据的过程中同时将所设定的参数一并保存在各个通道中，方便后续数据的处理。

数据分析与评估：基于理论分析，参考仿真数据，完成相关试验数据的分析并给出结论，一方面，得到转移机构实验条件与工况的单个变量对关键测量参数的单因素规律结果，如不同着陆器俯仰角度对缓释绳张力的影响曲线与说明等；另一方面，根据转移机构关键试验参数与工况试验参数生成参数耦合正交试验表，并提供多因素正交试验方案，通过多因素正交试验测试，能够获得多因素水平趋势图，得到转移机构试验过程中的被测量的最大可能影响情况(如最大载荷)的组合参数。最终，通过与仿真数据的比对分析，结合单因素多因素试验结果分析，能够给出转移机构试验的数据合理性、实验过程单因素对被测量的影响情况、多因素对被测量最大可能影响情况的评估。

实验日志与报告：生成实验全过程的动作、时间、状态的实验日志；根据实验要求，依据相关实验数据，生成实验报告。

实施方式九，一种基于如上文所述的系统的用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估方法，所述方法包括：

S1、运行上位机PC系统；完成初始化系统硬件和通讯测试；

S2、转移机构缓释驱动装置上电、完成着陆器准备、缓释驱动器、巡视器电磁锁紧装置断电锁紧和巡视器模样件质量准备；

S3、根据试验要求，进行参数设定，所述设定的参数包括工况控制参数、输入范围和试验关键参数，调节转移机构工况和监控；

S4、实时测试、记录数据、角度状态监测和数据实时显示；

S5、数据表格、曲线显示数据存储和实验日志记录；

S6、数据分析、试验评价和实验报告。

本实施方式中，通过软硬件结合的方式，根据巡视器转移机构的特点，能够简单便捷地完成转移机构转移特性试验，包括测试转移机构在标称、后仰、前倾、侧倾四种姿态下展开与转移功能，根据转移机构静力学、动力学仿真结果，采集过程中的驱动组件参数，绳索张力曲线，角度，机构不同位置应变等关键参数，根据关键参数自动生成单因素试验方案，完成试验进行单因素分析，验证转移机构功能设计原理正确性、零部件匹配性和正确性。根据关键参数自动生成多因素正交试验方案，获得转移机构运动过程中的最大冲击载荷，进一步发现设计中的不足，为产品设计完善及改进提供依据。

实施方式九，本实施方式是对实施方式九所述的一种用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估方法的进一步限定，本实施方式中，对S1，做了进一步限定，S1具包括：

S1.1、新建tdms数据库文件表IPAdress，将当前各组无线传输模块的IP地址及相应的传感器采集通道个数输入；

S1.2、完成所有通道的注册；

S1.3、完成各个通道具体信息的注册，读取IP地址和通道名称至两个枚举中，选择IP地址对应的通道，输入该通道相对应的通道具体的信息；同一个IP可以对应多个通道，但是一个通道只能选择一个IP；

S1.4、建立上位软件系统与无线传输模块TCP侦听，通过S1.1、S1.2和S1.3注册的无线传输模块IP、采集通道信息，建立多地址TCP同步连接。

本实施方式中，一方面能够保证通道数据传输的稳定可靠，另一方面多地址TCP同步连接，实现了与试验过程高精度匹配的同步数据采集。

实施方式十，本实施方式是对实施方式九所述的一种用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估方法的进一步限定，本实施方式中，对S4，做了进一步限定，S4具体包括：

S4.1、根据传感器布置完成关键参数仿真计算；

S4.2、通过仿真数据，提取仿真数据特征，建立常规采集频率；

判定采集过程中的关键步骤点，具体包括：极值点位置左右邻域内采集密度远大于其他位置和斜率突变位置左右邻域内采集密度远大于其他位置，控制通过S1建立的多通路同步通讯同时调节采集频率；

S4.3、根据S3设置工况参数、试验关键参数以及其输入范围，在工况参数输入范围内按等间隔、对分间隔、黄金分割间隔和斐波那契间隔中的一种划分工况，针对每个工况参数自动生成单因素试验方案及表格；对于工况参数范围大且标准工况不明时应用对分间隔，对于测量系统精度要求高，且关键参数曲线为单峰时应用黄金分割间隔，针对工况参数取值为整数或有限数量时应用斐波那契间隔，常规条件下应用等间隔；

S4.4、根据S4.3生成的单因素试验方案，确定工况参数和关键参数的因素数量和水平数量，建立正交关系，根据正交性计算生成相关正交表L_n(a^p)，其中P是正交表列数，n为正交表行数，a为水平数；通过正交表格和工况参数与关键参数生成多因素试验方案及多因素正交试验表格；试验完成后的数据能够科学的体现转移机构试验测试过程中多因素对其关键参数的影响情况。

S4.5、读取S1中所有传感器采集通道，提取通道具体的信息；完成通道校准测试，将多组传感器的实际值和测试值输入软件系统数据采集模块，计算实际值与测试值曲线系数K和B，并将结果输入数据库；根据数据库中数据曲线系数K和B自动校准多通道传感器数据；

S4.6按照注册通道名称完成仿真数据的输入，根据仿真数据曲线特征自适应调整传感器采集频率。

本实施方式中，利用对仿真数据的分析确定数据采集密度，能够高效的应用存储空间，减少数据量，大大提高数据处理的效率；通过单因素与多因素分析，给出科学合理的测试方案，便于试验后对转移机构的测试数据进行科学有效评估。

实施方式十一，本实施方式是对如上文所述的一种用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估方法的具体实施例，包括：

如图9所示，一种用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估系统，包括测量传感器、无线传输模块、上位机、数据采集分析与评价系统。其中无线传输模块由无线接收模块和无线采集模块构成。上位机分别与着陆器控制器和无线传输模块相连，数据采集分析与评价系统部署在上位机中，通过上位机控制着陆器动作，并通过无线传输模块与传感器交互。

测量传感器主要分为S101～S103张力传感器、F201～F205应变片、A301～A303角度传感器、T401～T403扭矩传感器，作为测量设备，测量相关试验数据，如图10所示，传感器布置在转移机构关键部位：S101测量缓释绳张力；S102和S103测量联动绳A与联动绳B张力；F201～F205分别测量翻转臂、转接支架、锁紧机构、支座A、支座B的应力；A301～A303分别测量转移过程中巡视器、着陆器、框架的俯仰侧倾角度；T401测量翻转臂扭矩；T402、T403测量转移框架支座A与支座B的弯矩。测试传感器分别与无线采集模块相连，通过无线传输模块与上位机进行交互。

如图11所示，上述用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估系统，系统运行包括以下步骤；

S1、试验台准备就绪；运行上位机PC系统；完成初始化系统硬件、通讯测试

S1.1、新建tdms数据库文件表IPAdress。将当前各组无线传输模块的IP地址及相应的传感器采集通道个数输入，如：3通路张力无线传输模块、3通路角度无线传输模块等，完成数据入库。

S1.2、完成所有通道的注册。如S101、S102、S103等流程和S1.1注册类似(数据库不同)。

S1.3、完成各个通道具体信息的注册。读取IP地址和通道名称至两个枚举中，选择IP地址对应的通道，输入该通道相对应的通道具体的信息。同一个IP可以对应多个通道，但是一个通道只能选择一个IP。如：绳索张力通道S101、S102、S103对应3通路张力无线传输模块IP，最后将数据入库。

S1.4、建立上位软件系统与无线传输模块TCP侦听，通过S1.1、S1.2、S1.3注册的无线传输模块IP、采集通道信息，建立多地址TCP同步连接。

S2、转移机构缓释驱动装置上电、完成着陆器准备、缓释驱动器、巡视器电磁锁紧装置断电锁紧、巡视器模样件质量准备

S3、根据试验要求，进行参数设定，其中包括张力预紧力、着陆器俯仰角、倾斜角、试验过程速度参数、模样件质量质心位置等工况控制参数以及输入范围，调节转移机构工况，如：试验标准工况为缓释电机驱动频率为350Hz、两侧联动绳预紧力400N，着陆器俯仰倾斜角度均为0°。试验关键参数包括缓释绳张力、联动绳张力、巡视器俯仰角度。全部工况根据图10传感器对试验台各部分进行工况调节和监控。

S4、开始试验(试验过程控制)实时测试、记录数据、角度状态监测、数据实时显示。试验过程主要分为巡视器解锁过程(解锁)、展开过程(举平)、转移过程(下放)、巡视器脱离过程(释放)、转移机构复位(回收)，各单独过程和总过程均获取各工况下绳索张力曲线，巡视器机构框架着陆器角度，机构主要承力件位置应变等关键参数。

S4.1、根据传感器布置完成关键参数仿真计算，如绳索张力曲线，角度变化，机构不同位置应变曲线等

S4.2、通过仿真数据，提取仿真数据特征，如极值、斜率、数量等。根据数量，建立常规采集频率；

判定采集过程中的关键步骤点，如极值点位置左右邻域内采集密度远大于其他位置、斜率突变位置左右邻域内采集密度远大于其他位置等，控制通过上位机通过S1建立的多通路同步通讯同时调节采集频率。

S4.3、根据S3设置工况参数、试验关键参数以及其输入范围，在工况参数输入范围内按等间隔、对分间隔、黄金分割间隔、斐波那契间隔之一划分工况，针对每个工况参数自动生成单因素试验方案及表格。对于工况参数范围大且标准工况不明时应用对分间隔，对于测量系统精度要求高，且关键参数曲线为单峰时应用黄金分割间隔，针对工况参数取值为整数或有限个是应用斐波那契间隔，常规条件下应用等间隔

S4.4、根据S4.3生成的单因素试验方案，确定工况参数和关键参数的因素数量和水平数量，建立正交关系，根据正交性计算生成相关正交表L_n(a^p)，其中P是正交表列数，n为正交表行数，a为水平数；通过正交表格和工况参数与关键参数生成多因素试验方案及多因素正交试验表格。该方案可以生成因素水平趋势图，并因素生成趋势图获取最大关键参数及其取得条件。所述正交关系体现在正交表中每一列水平数均匀分散，出现次数相等；正交表中任意两列整齐可比，每种水平数对出现次数相等。实现保证试验验证准确前提下，减少实验次数

S4.5、读取S1中所有传感器采集通道，并写入系统中，提取通道具体的信息。完成通道校准测试，将多组传感器的实际值和测试值输入软件系统数据采集模块，计算实际值与测试值曲线系数K、B，并将结果输入数据库。根据数据库中数据曲线系数K、B自动校准多通道传感器数据。其中测试值来自于与传感器安装前自然状态下输出的标准模拟信号值，实际值是指试验系统中传感器实际输出的模拟信号值。

S4.6按照注册通道名称完成仿真数据的输入，根据仿真数据曲线特征自适应调整传感器采集频率，提高关键位置采集密度，提高准确性完成数据的采集并显示。在保存采集数据的过程中同时将所设定的参数一并保存在各个通道中，方便后后续数据的处理工作

S5、完成试验(人机交互)、数据表格、曲线显示数据存储、实验日志记录，人机交互包括实验人员通过试验参数设定调节试验工况，通过参数输入生成试验方案，通过软件界面控制实验流程。

S6、数据分析、试验评价、实验报告

S6.1、根据S4.3生成的单因素试验方案，进行关键参数的单因素分析。1.显示不同工况下关键参数与转移机构试验动作的对应关系，如不同质量条件下，缓释绳张力S101、联动绳张力S102、S103的F-t曲线与S4中转移机构试验过程的对应关系。2.显示单一变量工况下关键参数的变化曲线以及对应关系，如着陆器俯仰姿态对S101、S102、S103的影响曲线比较和对应关系、联动绳预紧力对S101、S102、S103的影响曲线比较和对应关系

S6.2、根据S4.4生成的多因素试验方案，进行关键参数的多因素分析。1.显示转移机构针对关键参数的多因素水平趋势图，如针对关键参数S101、S102、S103关于释放速度、联动绳预紧力、侧倾角度、俯仰角度的四因素五水平趋势图。2.根据多因素试验获取水平趋势图，计算获得转移机构的最大冲击载荷。

本发明的系统和方法通过软硬件结合的方式，根据巡视器转移机构的特点，能够简单便捷地完成转移机构转移特性试验，包括测试转移机构在标称、后仰、前倾、侧倾四种姿态下展开与转移功能，根据转移机构静力学、动力学仿真结果，采集过程中的驱动组件参数，绳索张力曲线，角度，机构不同位置应变等关键参数，根据关键参数自动生成单因素试验方案，完成试验进行单因素分析，验证转移机构功能设计原理正确性、零部件匹配性和正确性。根据关键参数自动生成多因素正交试验方案，获得转移机构运动过程中的最大冲击载荷，进一步发现设计中的不足，为产品设计完善及改进提供依据。

所述的用于巡视器转移机构的无线测试采集及评估系统和方法，完整的完成转移机构在标称、后仰、前倾、侧倾四种姿态下展开与转移过程的全部测试过程，合理设计布局传感器采集模块，采集试验测试过程中的驱动组件参数、绳索张力、角度、机构不同位置应变等关键参数；能够根据仿真数据，合理调整数据密度，准确高效地完成数据处理，完成各项实验参数、试验工况下的关键被测量对应数据的预处理与存储；能够根据采集数据与仿真结果的比对，进行相关参数间的单因素分析，根据转移机构关键试验参数与工况试验参数生成参数耦合正交试验表，并提供多因素正交试验方案，通过多因素正交试验测试与结果分析，能够获得多因素水平趋势图，得到转移机构试验过程中的被测量的最大可能影响情况(如最大载荷)的组合参数；能够通过测试数据与仿真数据的比对分析，结合单因素、多因素试验分析结果，给出转移机构试验的数据合理性、实验过程单因素对被测量的影响情况、多因素对被测量最大可能影响情况的评估。适用于巡视器转移机构的测试，能够准确、便捷地完成转移机构转移特性试验全过程的关键参数测试采集与评估功能，得到转移机构测试工况下的测试数据合理性、试验被测参数规律以及被测件性能状态等方面的评估，验证转移机构设计原理的正确性、零部件设计的合理性与匹配性，为进一步发现设计不足、改进完善产品设计提供充分的数据依据。

一种月面巡视器等效质量模拟装置包括以下实施方式：

参见图13-21说明本实施方式，一种月面巡视器等效质量模拟装置，包括框架结构12、配重系统14和配重系统13，所述配重系统13固定在框架结构12内部，所述配重系统13包括配重块，通过调节配重块的重量和位置，模拟配重和质心位置，所述配重系统14固定于框架结构12上，所述配重系统14能够调节高度，分别进行对应的质量质心模拟。

月面巡视器等效质量模拟装置整体采用框架式结构，与真实巡视器具有相同的质心位置和框架尺寸。

所述框架结构12的短杆的部位与其他的结构连接处需要设置加强结构，防止变形。本发明于框架结构左右后面中部加竖向支撑杆，加强纵向强度，于底部加十字加强杆，防止底部变形。

所述框架结构12为铝合金方材与连接件连接而成。各个方材之间通过铝合金角座相连接。

配重系统14包括若干车轮25和车架，所述车架上连接有车轮25，所述车架包括若干方材、连接件和转动关节，所述方材通过连接件连接在转动关节上，所述方材与车轮25连接。本发明单侧设计了3个车轮25和3个转动关节，分别调节车轮25的高度与姿态。

紧固螺栓26安装在车轮安装座27上，所述车轮安装座27设置有多个档位，通过紧固螺栓26完成档位调节，进而调节车轮系统的高度。

方材通过转接件与转轴32或其他方材相连接，车轮25由3D打印整体制成，通过螺钉拧紧在可转动的车轮安装座27上。

通过车架的收拢和展开达到收拢和展开效果，其中收拢时高度最低，展开时高度最高，可手动调节紧固螺栓26实现状态转变，可分别进行对应的质量质心模拟。

如图18-19所示，图18为车轮放下的示意图，图19为车轮收起的示意图。

所述配重系统13包括配重块、配重安装杆20、配重安装板21和若干配重安装螺栓22，所述配重安装杆20固定在框架结构12上部，配重安装板21固定于配重安装杆20上，配重安装板21中轴线开三个均布的孔，所述配重安装板21上安装有3个配重安装螺栓22，每个配重安装螺栓22用于安装配重块。所述配重块通过螺母和套筒进行固定。

所述配重安装板21为腰型槽铝板。

所述配重系统13还包括支撑柱17，所述支撑柱17顶部与安装在配重安装杆20上的支撑板16连接，底部与十字加强杆连接。

为了进一步抵消配重对框架结构12的影响与配重对配重安装杆20的变形影响，与底部加强十字杆中心处立一支撑柱17抵住配重安装杆20。

为了实现对月面等效质量的模拟，通过在配重系统13的安装螺栓12上添加配重块使质量相符。

为了实现对质心、转矩的模拟，调节质量块所在的安装螺栓12与在螺栓上的位置改变质心位置。

月面巡视器等效质量模拟装置的配重重量有三种模式：标称重量(1.0)、1.2倍标称重量和1.5倍标称重量，具体重量分布如表1所示：

表1三种配种质量安装情况

A、B、C分别为三个挡位的配重块组合方式，不具体列举数值，但组合完后，质心和转动惯量满足系统要求。

质心误差比率为技术要求质心位置与模拟质心位置之差与巡视器长宽高中最短尺寸的比值。

模拟结果满足实验所要求的误差范围，能够较真实的的模拟月面巡视器的质量、质心与转动惯量，为地面测试提供真实有效的测试对象。

所述月面巡视器等效质量模拟装置的具体操作过程：

(1)首先利用计算机模拟软件进行质量质心仿真，再进行实验计划；

(2)按照实验规程，依次按照不同质量倍数下的配重方式安装配重块。

(3)按照实验要求分别进行不同重量下的俯仰状态测试，检验质心位置。

(4)测试车轮不同高度时的质心位置检验。

(5)根据实验结果，调整配重安装。

所述的星球巡视器等效质量模拟装置，首先利用计算机模拟软件进行质量质心仿真，再进行实验计划，对模样阶段巡视器进行月面等效质量模拟，协助进行转移机构转移特性试验，能够模拟出真实的巡视器的外形尺寸以及月面环境下的等效质量、等效质心与转动惯量。可模拟巡视器在月面状态下的质量大小与质心位置，为转移机构的设计与地表提供较真实的模拟对象，并可调节多种质量挡位。框架结构针对性优化，由于负载的配重，简单的12杆框架不能承担过大的配重，在实验1.2与1.5倍标准重量时容易发生变形，使得质心偏移，实验结果有较大误差。于是本发明于框架结构左右后面中部加竖向支撑杆，加强纵向强度。于底部加十字加强杆，防止底部变形。前部需要固定在转移机构上，对结构有一定的要求，故在前部加一横杆二纵向小短杆支撑。为了进一步抵消配重对框架结构的影响与配重对质心安装杆的变形影响，与底部加强十字中心处立一支撑立柱抵住质心安装杆。本发明通过进行ANSYS模拟软件仿真，获取模拟车整体结构在1.5倍标称重量下的变形，分别得到模拟结构水平放置与竖直放置下的变形，优化过的结构变形量显著减小。巡视器车轮能够调节高度，可分别进行对应的质量质心模拟。车轮系统有车轮、转动关节、连接框架构成，为了达到多种车轮高度，并控制三个轮子处于同一水平面，设计有三个转动关节，分别调节车轮的高度与姿态。

以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

Claims (10)

1.一种星球巡视器转移释放装置，其特征在于：它包括缓释绳(3)、吊杆(6)、摆杆(9)和姿控绳(10)，所述摆杆(9)的一端与着陆器(11)侧壁转动相连，所述摆杆(9)的另一端设置有姿控铰(4)，所述吊杆(6)一端与姿控铰(4)相连，另一端与巡视器(8)相连，所述姿控绳(10)一端与着陆器(11)相连，另一端绕过姿控铰(4)，所述缓释绳(3)缠绕在缓释绳轮(2)上，所述缓释绳轮(2)设置在着陆器(11)侧壁上，所述缓释绳(3)与吊杆(6)相连。

2.根据权利要求1所述的一种星球巡视器转移释放装置，其特征在于：所述巡视器(8)通过第一锁紧机构(1)与着陆器(11)侧壁相连，所述第一锁紧机构(1)的数量为多个，多个第一锁紧机构(1)分别位于巡视器(8)的多个角点，所述第一锁紧机构(1)为电磁锁紧机构，所述巡视器(8)通过第二锁紧机构(5)与吊杆(6)相连，所述第二锁紧机构(5)为机械锁紧机构，所述机械锁紧机构为两处互相包络的C型结构，所述吊杆(6)通过阻尼吊铰(7)与巡视器(8)相连，所述吊杆(6)为L型结构，巡视器(8)设置在L型结构内侧，所述姿控铰(4)上设置有槽型凸轮结构，所述缓释绳轮(2)底部设有弹性抱抓。

3.一种如权利要求1所述的星球巡视器转移释放装置的转移释放方法，其特征在于：在转移初始状态，巡视器(8)与摆杆(9)锁紧在着陆器(11)侧壁上，转移开始时，通过缓释绳(3)释放摆杆(9)，摆杆(9)携带巡视器(8)进行摆转，由于巡视器(8)与吊杆(6)存在机械锁紧，转移初始阶段，巡视器(8)不绕质心进行回转，当巡视器(8)与吊杆(6)解锁后，巡视器(8)在质心重力矩的作用下绕阻尼吊铰(7)进行旋转，在阻尼及限位作用下，旋转姿态后的巡视器(8)与吊杆(6)处于相对静止位置，摆杆(9)继续转动，将巡视器(8)转移至星球表面。

4.一种用于如权利要求1所述的星球巡视器转移释放装置的无线测试采集及评估系统，其特征在于，所述系统包括：传感器采集模块、无线传输模块和上位机PC系统；

所述传感器采集模块用于采集转移机构的试验数据，包括若干个传感器，所述若干个传感器分别布置在转移机构的相应部位；

所述无线传输模块用于实现所述上位机PC系统与所述传感器采集模块之间信号和数据的无线传输；

所述上位机PC系统用于对传感器、传输系统和转移机构进行控制，以及数据采集、处理与测试结果评估，具体包括：初始化与状态监控、试验过程选择与参数设置、数据采集、数据分析与评估和实验日志与报告；

所述初始化与状态监控用于实现所述若干个传感器联合通讯，还用于判定转移机构状态进行提示和报警；

所述试验过程选择与参数设置用于选择完成解锁、举平、下放、释放或收回不同过程阶段，对各个流程进行单独或者组合试验；参数设置实现转移机构在不同姿态下的测试任务，所述参数包括缓释速度、着陆器姿态俯仰侧倾角度、联动绳预紧力和视器质量质心；

所述数据采集用于完成通道校准、数据自适应采样处理、图形与数据显示和数据参数的设定；

所述数据分析与评估用于基于理论分析，参考仿真数据，完成相关试验数据的分析并给出结论，具体包括：得到转移机构实验条件与工况的单个变量对关键测量参数的单因素规律结果；根据转移机构关键试验参数与工况试验参数生成参数耦合正交试验表，并提供多因素正交试验方案，通过多因素正交试验测试，获得多因素水平趋势图，得到转移机构试验过程中的被测量的最大可能影响情况的组合参数；通过与仿真数据的比对分析，结合单因素多因素试验结果分析，获取转移机构试验的数据合理性、实验过程单因素对被测量的影响情况和多因素对被测量最大可能影响情况的评估。

5.根据权利要求4所述的一种用于星球巡视器转移释放装置的无线测试采集及评估系统，其特征在于：所述传感器采集模块包括贴片式应变传感器、张力传感器、角度传感器和扭矩传感器，所述试验数据包括应力、应变、拉力、压力和角度，所述若干个传感器分别布置在转移机构的相应部位，具体包括：所述张力传感器分别用于获取转移机构中悬吊转移机构的缓释绳张力及调节巡视器姿态的调姿绳张力，分别布置在缓释绳与翻转机构摆转臂连接处及转移机构旋转铰链和联动机构间调姿绳中点处；所述贴片式应变传感器分别用于获取转移机构结构关键位置应变，分别布置在主体摆转框架上旋转铰链和联动机构间中点处、下方旋转铰链与着陆器的连接支座处、锁紧机构与着陆器连接处和摆转臂中点处；所述角度传感器分别用于获取巡视器俯仰姿态角度、着陆器姿态角度和转移机构翻转角度，分别布置在着陆器未安装转移机构的侧面处、巡视器上方水平平面处和转移机构安装巡视器面不干涉处；所述扭矩传感器分别获取转移机构结构关键位置扭矩，分别布置在转移机构下方铰链轴处和上方翻转机构摆转轴处，所述实现所述上位机PC系统与所述传感器采集模块之间信号和数据的无线传输，具体包括：根据所述所述传感器采集模块中的传感器数量和种类，建立多通道同步采集通讯方法，所述实现所述若干个传感器联合通讯，具体包括：通过建立无线传输模块组IP地址信息与采集通道信息数据库，获取二者对应关系，与无线传输模块建立多通道同步采集通讯；所述数据库建立步骤包括：建立数据库文件表，将当前各个无线传输模块的IP地址及相应的采集通道个数输入完成数据入库；完成所有采集通道的注册，流程与地址注册类似；完成各个通道具体采集量信息的注册；读取地址和通道名称至两个枚举中，选择无线传输模块、地址对应的通道，输入该通道相对应的通道具体的信息完成数据入库；其中同一个IP可以对应多个通道，但是一个通道只能选择一个IP，所述完成通道校准、数据自适应采样处理、图形与数据显示和数据参数的设定，具体包括：所述通道校准，通过多组实际值和测试值的比较计算，得到各通道传感器的校准修正关系，并记录存储；所述数据自适应采样处理根据预先导入的仿真数据，分析数据特征，自适应调整数据的采样与存储频率；所述数据参数的设定在保存采集数据的过程中同时将所设定的参数一并保存在各个通道中。

6.一种基于权利要求4或5所述的系统的用于星球巡视器转移释放装置的无线测试采集及评估方法，其特征在于：所述方法包括：

S1、运行上位机PC系统；完成初始化系统硬件和通讯测试；

S2、转移机构缓释驱动装置上电、完成着陆器准备、缓释驱动器、巡视器电磁锁紧装置断电锁紧和巡视器模样件质量准备；

S3、根据试验要求，进行参数设定，所述设定的参数包括工况控制参数、输入范围和试验关键参数，调节转移机构工况和监控；

S4、实时测试、记录数据、角度状态监测和数据实时显示；

S5、数据表格、曲线显示数据存储和实验日志记录；

S6、数据分析、试验评价和实验报告。

7.根据权利要求6所述的一种用于星球巡视器转移释放装置的无线测试采集及评估方法，其特征在于：S1具体包括：

S1.1、新建tdms数据库文件表IPAdress，将当前各组无线传输模块的IP地址及相应的传感器采集通道个数输入；

S1.2、完成所有通道的注册；

S1.3、完成各个通道具体信息的注册，读取IP地址和通道名称至两个枚举中，选择IP地址对应的通道，输入该通道相对应的通道具体的信息；同一个IP可以对应多个通道，但是一个通道只能选择一个IP；

S1.4、建立上位软件系统与无线传输模块TCP侦听，通过S1.1、S1.2和S1.3注册的无线传输模块IP、采集通道信息，建立多地址TCP同步连接。

8.根据权利要求7所述的一种用于星球巡视器转移释放装置的无线测试采集及评估方法，其特征在于：S4具体包括：

S4.1、根据传感器布置完成关键参数仿真计算；

S4.2、通过仿真数据，提取仿真数据特征，建立常规采集频率；

判定采集过程中的关键步骤点，具体包括：极值点位置左右邻域内采集密度远大于其他位置和斜率突变位置左右邻域内采集密度远大于其他位置，控制通过S1建立的多通路同步通讯同时调节采集频率；

S4.3、根据S3设置工况参数、试验关键参数以及其输入范围，在工况参数输入范围内按等间隔、对分间隔、黄金分割间隔和斐波那契间隔中的一种划分工况，针对每个工况参数自动生成单因素试验方案及表格；对于工况参数范围大且标准工况不明时应用对分间隔，对于测量系统精度要求高，且关键参数曲线为单峰时应用黄金分割间隔，针对工况参数取值为整数或有限个是应用斐波那契间隔，常规条件下应用等间隔；

S4.4、根据S4.3生成的单因素试验方案，确定工况参数和关键参数的因素数量和水平数量，建立正交关系，根据正交性计算生成相关正交表L_n(a^p)，其中P是正交表列数，n为正交表行数，a为水平数；通过正交表格和工况参数与关键参数生成多因素试验方案及多因素正交试验表格；

S4.5、读取S1中所有传感器采集通道，提取通道具体的信息；完成通道校准测试，将多组传感器的实际值和测试值输入软件系统数据采集模块，计算实际值与测试值曲线系数K和B，并将结果输入数据库；根据数据库中数据曲线系数K和B自动校准多通道传感器数据；

S4.6按照注册通道名称完成仿真数据的输入，根据仿真数据曲线特征自适应调整传感器采集频率。

9.一种用于如权利要求1所述的星球巡视器转移释放装置的星球巡视器等效质量模拟装置，其特征在于：包括框架结构(12)、车轮系统(14)和配重系统(13)，所述配重系统(13)固定在框架结构(12)内部，所述配重系统(13)包括配重块，通过调节配重块的重量和位置，模拟配重和质心位置，所述车轮系统(14)固定于框架结构(12)上，所述车轮系统能够调节高度，分别进行对应的质量质心模拟。

10.根据权利要求9所述的一种用于星球巡视器转移释放装置的星球巡视器等效质量模拟装置，其特征在于：所述车轮系统(14)包括若干车轮(25)和车架，所述车架上连接有车轮(25)，所述车架包括若干方材、连接件和转动关节，所述方材通过连接件连接在转动关节上，所述方材与车轮(25)连接，所述车轮系统(14)还包括紧固螺栓(26)，紧固螺栓(26)安装在车轮安装座(27)上，所述车轮安装座(27)设置有多个档位，通过紧固螺栓(26)完成档位调节，进而调节车轮系统的高度，所述配重系统(13)还包括配重安装杆(20)、配重安装板(21)和若干配重安装螺栓(22)，所述配重安装杆(20)固定在框架结构(12)上部，配重安装板(21)固定于配重安装杆(20)上，所述配重安装板(21)上安装有若干配重安装螺栓(22)，每个配重安装螺栓(22)用于安装配重块，所述配重块通过螺母和套筒进行固定，所述配重系统(13)的配重有三种模式，分别为标称重量、1.2倍标称重量和1.5倍标称重量，所述配重安装板(21)为腰型槽铝板，所述框架结构(12)为铝合金方材与连接件连接而成，所述框架结构(12)的底部框架内安装有十字加强杆，防止底部变形，所述配重系统(13)还包括支撑柱(17)，所述支撑柱(17)顶部与安装在配重安装杆(20)上的支撑板(16)连接，底部与十字加强杆连接。