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

1、國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：V476.3國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào):629.785工學(xué)博士學(xué)位論文一種新型月球車(chē)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(qǐng)學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科、專(zhuān)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(guó)航天正式進(jìn)入了深空探測(cè)的新時(shí)代。在接下來(lái)的二期不載人探月工程中，月球車(chē)扮演著極其重要的角色。月球車(chē)相關(guān)技術(shù)的研究領(lǐng)域十分廣闊，本文

2、針對(duì)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(chē)行走系統(tǒng)。月球車(chē)行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能否滿足月球探測(cè)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(chē)的行走系統(tǒng)要具有很好的越障和過(guò)溝能力，同時(shí)在車(chē)輪發(fā)生打滑時(shí)仍然具有足夠的牽引能力來(lái)驅(qū)動(dòng)月球車(chē)行走。針對(duì)以上要求提出并設(shè)計(jì)了一種新型六輪月球車(chē)行走系統(tǒng)。該行走系統(tǒng)采用六輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，車(chē)輪在車(chē)體兩側(cè)呈不對(duì)

3、稱(chēng)分布，相當(dāng)于有六個(gè)車(chē)輪軸，增加了車(chē)體的越障和過(guò)溝能力。在搖臂和車(chē)體底盤(pán)的連接處增加了電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以抬起車(chē)輪以協(xié)助越障，并且可以重新分配載荷，使得在個(gè)別車(chē)輪發(fā)生打滑時(shí)仍能為車(chē)體提供適當(dāng)?shù)臓恳?，還可將車(chē)輪折疊便于安裝在整流罩中。針對(duì)新構(gòu)型的月球車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)的車(chē)輪在車(chē)體兩側(cè)不對(duì)稱(chēng)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(duì)實(shí)驗(yàn)用土壤進(jìn)行了參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)，得到粗略的土壤力學(xué)參數(shù)。然后對(duì)月球車(chē)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(duì)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(chǎng)地進(jìn)行了行走實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明新構(gòu)型月球車(chē)能夠攀越高度達(dá)到0.2m（大于車(chē)輪半徑0.

5、125m）的障礙物，并且能夠越過(guò)0.3m寬的溝壑（大于車(chē)輪直徑），證明該月球車(chē)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(chē)單輪氣浮實(shí)驗(yàn)裝置。為了更好的在地面研究月球車(chē)在六分之一重力下的工作狀況，同時(shí)更好的研究車(chē)輪與土壤相互作用地面力學(xué)，以及各車(chē)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(chē)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(duì)目前的月球車(chē)單輪實(shí)驗(yàn)裝置采用機(jī)械導(dǎo)軌帶來(lái)的摩擦?xí)?duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大影響的問(wèn)題，提出并設(shè)