[发明专利]一种面向复杂月面工况的无人自主自适应钻进方法

说明书

一种面向复杂月面工况的无人自主自适应钻进方法，首先将可选择的螺旋钻具钻进参数组合按照容易钻进模拟月壤组合中模拟月壤的程度进行排序，获得包括多个钻进参数组合的第一结果；然后根据螺旋钻具进尺驱动机构的驱动能力、安全裕度，设定第一结果中各个钻进参数组合的钻进力载判断阈值，并作为第二结果；最后获取当前需要钻进的实际工况月壤，根据第一结果中的多个钻进参数依次对实际月壤进行钻进，并使用第二结果中的钻进力载判断阈值进行判断，直至完成实际月壤钻进取样，并生成第三结果。本发明方法通过对钻进参数组合进行排序，解决了螺旋钻具对月壤的钻进取芯性能评价问题，简单有效，具有很好的使用价值。

技术领域

本发明涉及深空探测领域，特别是一种面向复杂月面工况的无人自主自适应钻进方法。

背景技术

随着现代科技的进步，人类目前已经有能力达到地球以外的天外星体。天外星体的深空探测对人类开展探索地球生命起源、研究恒星演化和恒星与行星形成关系等具有重大科学意义。在此条件下，国际上的主要航天国家都开展或计划开展各种深空探测项目，特别是各种星壤采样返回任务，星壤采样任务的难点与星壤的性质关联很大，特别是在深层月壤钻取采样任务中。

实际月壤的形成主要受物理破碎作用控制，陨石和微陨石撞击在其中起主导作用。由于陨石撞击产生高温熔融及破碎作用，月壤中常含有玻璃球、粘结颗粒，以及玄武岩、角砾岩碎块等，颗粒组成较为复杂。实际月壤呈现以下典型性质：(1)月壤无水表现出较强的散体颗粒性质；(2)密实度高；(3)月壤级配复杂不确定性高，不同着陆区域模拟月壤有很大差异性。

国际上通常采用螺旋钻具回转和进行动作实施月壤钻进取样任务，然而对某一确定状态的螺旋钻具，一个固定的回转和进尺参数只能保证月壤状态波动一定范围内正常钻进取样，高密实度和大内摩擦角下可允许的月壤状态波动范围进一步缩小。面对实际月面不确定性复杂月壤工况，无人月面采样任务中需要采用一种自动辨识和参数匹配方法，达到针对不确定月面工况的无人自主自动采样。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种面向复杂月面工况的无人自主自适应钻进方法，与现有技术相比能够自动识别月壤工况进而自动匹配相应钻进参数，提高了月面取样可靠性，降低月面取样成本。

本发明的技术解决方案是：一种面向复杂月面工况的无人自主自适应钻进方法，包括如下步骤：

(1)将可选择的螺旋钻具钻进参数组合按照容易钻进模拟月壤组合中模拟月壤的程度进行排序，获得包括多个钻进参数组合的第一结果；所述的钻进参数为螺旋钻具回转档位、进尺档位的组合；所述的模拟月壤组合包括多种标准的模拟月壤；

(2)根据螺旋钻具进尺驱动机构的驱动能力、安全裕度，设定第一结果中各个钻进参数组合的钻进力载判断阈值，并作为第二结果；

(3)获取当前需要钻进的实际工况月壤，根据第一结果中的多个钻进参数依次对实际月壤进行钻进，并使用第二结果中的钻进力载判断阈值进行判断，直至完成实际月壤钻进取样，并生成第三结果；所述的第三结果包括完成实际月壤钻进最终使用的钻进参数及当前钻进参数对应的标准的模拟月壤。

所述的将可选择的螺旋钻具钻进参数组合按照容易钻进模拟月壤组合中模拟月壤的程度进行排序，获得包括多个钻进参数组合的第一结果的方法包括如下步骤：

(1)根据螺旋钻具回转档位M档、进尺档位N档形成M×N种钻进参数组合，然后设定L种标准的模拟月壤{S₁,...,S_L}，采用M×N种钻进参数组合控制螺旋钻具对L种标准的模拟月壤开展M×N×L组钻取试验，得到M×N×L组试验数据；所述的试验数据包括钻进力载、取样量；