一種新型月球車行走系統(tǒng)相關技術及實驗研究.pdf

1、國內圖書分類號：V476.3國際圖書分類號:629.785工學博士學位論文一種新型月球車行走系統(tǒng)相關技術及實驗研究博士研究生：趙志萍導師：劉暾教授申請學位：工學博士學科、專業(yè)：飛行器設計所在單位：航天工程系答辯日期：2010年11月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學摘要I摘要摘要“嫦娥工程”一期的順利完成標志著中國航天正式進入了深空探測的新時代。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。月球車相關技術的研究領域十分廣闊，本文

2、針對性的進行了以下幾方面的研究。提出了一種新構型的月球車行走系統(tǒng)。月球車行走系統(tǒng)的設計能否滿足月球探測的要求是保證探月任務圓滿完成的基礎。月球表面地形非常復雜，整個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，同時在車輪發(fā)生打滑時仍然具有足夠的牽引能力來驅動月球車行走。針對以上要求提出并設計了一種新型六輪月球車行走系統(tǒng)。該行走系統(tǒng)采用六輪獨立驅動，車輪在車體兩側呈不對

3、稱分布，相當于有六個車輪軸，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驅動機構，可以抬起車輪以協(xié)助越障，并且可以重新分配載荷，使得在個別車輪發(fā)生打滑時仍能為車體提供適當?shù)臓恳Γ€可將車輪折疊便于安裝在整流罩中。針對新構型的月球車進行了動力學分析、仿真與實驗研究。首先建立了月球車整體系統(tǒng)結構圖，然后運用牛頓歐拉方法建立了整車的質心運動方程、繞質心轉動方程、搖臂力矩平衡方程、車輪驅動方程，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行解算。根據(jù)土壤力學原理對實驗用土壤進行了參數(shù)測定實驗，得到粗略的土壤力學參數(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行了計算機仿真，得出了一些對實際操作有參考價值的數(shù)據(jù)。在79米室內試驗場地進行了行走實驗。實驗表明新構型月球車能夠攀越高度達到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。提出并設計了一種高精度的月球車單輪氣浮實驗裝置。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，同時更好的研究車輪與土壤相互作用地面力學，以及各車輪單獨及考慮到其它輪間相互影響時的工作特點，利用月球車單輪實驗裝置進行地面研究是一種常用的方法。針對目前的月球車單輪實驗裝置采用機械導軌帶來的摩擦會對實驗測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大影響的問題，提出并設