月球车轮刺效应的理论分析与实验研究

轮地相互作用地面力学在星球车研究中有着重要意义,目前对于轮地作用中的轮刺效应研究尚不充分.基于Rankine被动土压力理论,分析轮刺与土壤作用的两种工作方式,推导了形成稳定剪切土环时轮刺高度与个数之间的关系式和保证连续剪切的轮刺倾斜角度计算公式.采用轮地相互作用测试系统对宽度为165mm,半径分别为135mm和157.35mm的月球车车轮,改变轮刺高度、个数和倾角进行实验,验证了理论分析结果.同时得到如下结论:增加轮刺高度可以提高车轮的牵引性能,轮刺高度为15mm时,比光滑车轮的最大牵引力提高达60%;增加轮刺个数有助于形成稳定的剪切土环;轮刺的倾斜角度可以减小车轮的振动幅度;车轮的牵引力随滑转率增加而增大,但最好将滑转率控制在0.4以下.研究成果为月球车轮刺设计和进行轮地作用力预测提供了依据,并可应用于类似的火星车和地面车辆等.     

月球车驱动轮在模拟月壤上的沉陷特性实验分析

车轮沉陷量是影响月球车通过性能的关键因素之一。文章用一种月球车的刚性车轮在模拟月壤上进行了以不同滑转率滚动的沉陷量测试实验;根据模拟月壤的加载和重复加载力学特性模型,探讨了车轮首次通过和重复通过的沉陷量的计算方法,计算结果与测量值的差小于8%;进一步分析了等重的两轴和三轴月球车的后轮沉陷量。     

月球车驱动轮牵引性能研究

研究在月球表面环境下行驶的月球车牵引性能,对保证其正常探测工作具有重要意义。以长白山火山灰为主要原料制备了应用于月面车辆力学试验中的模拟月壤,研制了月壤-车轮土槽测试系统,对有刺轮与光滑轮进行了牵引性能试验。试验结果表明,有刺轮的最大挂钩牵引力(DP)为光滑轮的5.2倍;当滑转率为10%时,有刺轮在硬路面上的DP为其在模拟月壤上的6.7倍。在此基础上,通过离散单元法(DEM)对驱动轮与月壤相互作用关系进行了细观分析,模拟出驱动轮下月壤颗粒的受力、位移、速度的分布规律及无牵引阻力条件下驱动轮的牵引性能。研究结果为月球车的性能评估和面向月球的高通过性行走机构研制提供基本方法和基础数据。
     

地面力学在火星壤力学参数估计研究中的 进展与展望

掌握火星土壤的力学参数是保障火星车顺利完成巡视探测的关键。通过对已成功开展的火星巡视探测任务进行汇总，探讨了复杂火星地貌对火星车移动性能的影响，分析了基于地面力学理论的火星土壤力学参数估计方法，包括：基于车轮的火星壤在轨力学参数估计方法和基于轮壤力学模型的力学参数辨识方法。最后，对未来关于地面力学在星壤力学参数评估进行了探讨。     

载人月球车单轮月面直线加速行驶的模拟算法

当载人月球车(LRV)的车轮在地面与月面使用相同的驱动方式时,重力加速度的不同会导致其产生完全不同的直线运动加速度。针对上述问题,以单个车轮为研究目标,首先建立车轮垂直载荷、挂钩牵引力、驱动力矩的力学模型,分析月面与地面重力条件下能够产生相同直线加速度的车轮运动条件,然后推导同直线加速度运动时车轮力矩驱动的模拟算法。最后,对比月面、地面采用模拟算法、地面不采用模拟算法的三种情况下单个车轮直线加速度,验证模拟算法。计算结果表明:采用模拟算法驱动的地面车轮在与月面同质量或同垂直载荷情况下均可保持相同的直线运动加速度,而不使用模拟算法的地面车轮无法获得相同的直线加速度。     

一种基于单应的月球车车轮沉陷视觉测量方法

在月面环境下车轮沉陷严重地影响月球车的移动性能和定位精度,针对现有基于视觉的车轮沉陷检测方法存在系统误差等缺陷,提出了一种基于单应的月球车车轮沉陷视觉测量方法。首先通过分析指出现有的基于视觉的车轮沉陷检测方法存在系统误差。然后引入三维空间中车轮侧面所在平面与摄像机图像平面之间的单应,把由图像处理技术得到的车轮沉陷信息从图像平面变换到车轮侧面所在的平面,在三维空间中计算车轮沉陷,从而消除了现有方法中的系统误差。通过限定感兴趣区域以及引入一维空间滤波器,在图像中检测车轮沉陷信息更加快速、鲁棒。仿真数据实验以及月球车原理样机在模拟月面地形下的真实图像数据实验都表明新方法是有效可行的。     

惯性平台新型金属橡胶减振器理论与实验研究

金属橡胶减振器（以下简称MRD）是为克服目前惯性平台常用橡胶减振器随时间老化这一致命弱点而开发研制的一种新型减振器，其在航空航天等军事领域具有广阔的应用前景，但目前主要依靠经验和试凑进行设计和加工，缺乏系统的理论基础。对其动态特性参数与工艺安装参数之间关系的研究在国内一直是个空白，对于这一动力学前沿课题的研究，具有重要的理论与工程应用价值。本文建立了MRD的力学模型，通过对其力学模型的分析与研究，给出了MRD系统非线性特征参数的参数识别方法；通过实验验证了其力学模型和参数识别方法的合理性。提出了MRD的特性参数与工艺安装参数关系的研究策略及其优化设计技术研究的主要内容。     

一种新型复合构型月球车的越障特性分析

将轮式、腿关节式、履带式三种机构结合起来设计了一种月球车,此车对低重力条件下的月球表面实际环境具有良好的适应性。月球车在起伏不平的地表环境中具有独特的动态特性,通过对月球车障碍地形下的越障运动过程进行理论建模和数值仿真,进而建立虚拟样机模型进行动态仿真对比研究,分析了月球车的越障特性,验证了机构设计的有效性。     

载人月球车移动系统综述及关键技术分析

以载人月球车的发展和相关技术为对象,首先对国外载人月球车移动系统的概念设计进行了系统的综述,对载人月球车各种概念设计的特点进行了比较和分析,探讨了载人月球车的设计趋势;其次以阿波罗载人月球车移动系统结构为例,分析其移动系统的主要构成作为借鉴;然后从机构学、地面力学及动力学等方面在载人月球车研究中的应用现状进行了综述;最后提出了载人月球车移动系统的关键技术,指明了当前亟需解决的关键技术及难点所在。     

月球车运动协调控制研究

对六轮摇臂式月球车的运动协调控制进行了研究.采用轮式行星车的地形检测技术,根据测试数据和刚体运动学理论估算月球车各车轮的轮地夹角,获得实际的地形特征.用仿真验证了其有效性.另提出了基于地形特征控制车轮滑转率的月球车运动协调控制规则.定义了协调控制算法的启用、运行和结束准则.规定仅对满足一定条件的崎岖地形才作协调控制,忽略微小的地形起伏,以减少控制系统负担.