一種新型月球車行走系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：V476.3國際圖書分類號:629.785工學(xué)博士學(xué)位論文一種新型月球車行走系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)及實(shí)驗(yàn)研究博士研究生：趙志萍導(dǎo)師：劉暾教授申請學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科、專業(yè)：飛行器設(shè)計(jì)所在單位：航天工程系答辯日期：2010年11月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要I摘要摘要“嫦娥工程”一期的順利完成標(biāo)志著中國航天正式進(jìn)入了深空探測的新時(shí)代。在接下來的二期不載人探月工程中，月球車扮演著極其重要的角色。月球車相關(guān)技術(shù)的研究領(lǐng)域十分廣闊，本文

2、針對性的進(jìn)行了以下幾方面的研究。提出了一種新構(gòu)型的月球車行走系統(tǒng)。月球車行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能否滿足月球探測的要求是保證探月任務(wù)圓滿完成的基礎(chǔ)。月球表面地形非常復(fù)雜，整個(gè)月面覆蓋著厚度不等的松散的月壤層，遍布大小不等的砂石、溝壑等障礙物，因此月球車的行走系統(tǒng)要具有很好的越障和過溝能力，同時(shí)在車輪發(fā)生打滑時(shí)仍然具有足夠的牽引能力來驅(qū)動(dòng)月球車行走。針對以上要求提出并設(shè)計(jì)了一種新型六輪月球車行走系統(tǒng)。該行走系統(tǒng)采用六輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，車輪在車體兩側(cè)呈不對

3、稱分布，相當(dāng)于有六個(gè)車輪軸，增加了車體的越障和過溝能力。在搖臂和車體底盤的連接處增加了電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以抬起車輪以協(xié)助越障，并且可以重新分配載荷，使得在個(gè)別車輪發(fā)生打滑時(shí)仍能為車體提供適當(dāng)?shù)臓恳?，還可將車輪折疊便于安裝在整流罩中。針對新構(gòu)型的月球車進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析、仿真與實(shí)驗(yàn)研究。首先建立了月球車整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，然后運(yùn)用牛頓歐拉方法建立了整車的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程、繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)方程、搖臂力矩平衡方程、車輪驅(qū)動(dòng)方程，并且添加了幾何約束和速度約束，

4、使得方程組封閉可解。由于該月球車的車輪在車體兩側(cè)不對稱分布，且所建立的方程組為微分代數(shù)方程，使得方程組求解的難度增加，最終采用有限差分法進(jìn)行解算。根據(jù)土壤力學(xué)原理對實(shí)驗(yàn)用土壤進(jìn)行了參數(shù)測定實(shí)驗(yàn)，得到粗略的土壤力學(xué)參數(shù)。然后對月球車在平地（硬地和松軟土壤）、斜坡、越障、越溝等典型行走性能進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，得出了一些對實(shí)際操作有參考價(jià)值的數(shù)據(jù)。在79米室內(nèi)試驗(yàn)場地進(jìn)行了行走實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明新構(gòu)型月球車能夠攀越高度達(dá)到0.2m（大于車輪半徑0.

5、125m）的障礙物，并且能夠越過0.3m寬的溝壑（大于車輪直徑），證明該月球車具有較好的行走性能。提出并設(shè)計(jì)了一種高精度的月球車單輪氣浮實(shí)驗(yàn)裝置。為了更好的在地面研究月球車在六分之一重力下的工作狀況，同時(shí)更好的研究車輪與土壤相互作用地面力學(xué)，以及各車輪單獨(dú)及考慮到其它輪間相互影響時(shí)的工作特點(diǎn)，利用月球車單輪實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行地面研究是一種常用的方法。針對目前的月球車單輪實(shí)驗(yàn)裝置采用機(jī)械導(dǎo)軌帶來的摩擦?xí)?shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大影響的問題，提出并設(shè)