月球车轮壤作用力学特性的测试与分析

摘要

利用月球车在月球表面进行科学考察是月球探测的关键技术之一。为了完成探测任务，希望月球车运动很远的距离，越过复杂的地形；月球表面有杂乱的岩石以及覆盖一层厚厚的月壤，月球车在上面行走会出现打滑沉陷、翻滚，影响运动性能。月球车车轮与月壤直接接触，不仅起到承载月球车的作用，而且对月球车的运动能力、适应地形的能力也有很重要的作用。因此，研究车轮与地面的相互作用力学性能，对于开发具有较高通过性的月球车起到很重要的作用，其对月球车的整体构型设计、运动学分析、参数的辨识和路径规划等都起到很重要的作用。本文主要进行单轮实验装置控制和数据采集系统设计，月球车车轮在模拟月壤中的驱动性能理论、仿真与实验，以及车轮驱动性能的研究。
　　基于地面力学理论和研究方法，设计月球车单轮实验装置控制和数据采集系统，建立驱动电机控制模型，控制和数据采集系统主要由硬件和软件两部分组成，能够实现对各电机的运动控制和传感器的数据采集，并进行相关驱动性能实验；进行车轮构型参数、土壤参数、载荷、滑转率和车轮牵引性能间的相互关系分析，建立轮地作用数学模型，通过实验验证理论模型在预测月球车驱动车轮牵引性能方面的正确性。
　　在实验与仿真的基础上对车轮的驱动性能进行研究，运用驱动性能评价指标分析车轮构型参数对驱动性能的影响；基于实验数据详细阐述土壤承压特性参数、剪切特性参数以及垂直载荷对车轮驱动性能的影响；利用轮地作用原理分析月球车的爬坡能力，并给出改善方法。

目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2地面车辆力学的研究现状

1.2.1地面车辆力学的国外研究现状

1.2.2地面车辆力学的国内研究现状

1.3地面车辆力学在深空探测中的国内外研究现状

1.4课题的主要研究内容

第2章月球车轮地相互作用力学模型研究

2.1月壤的物理与力学特性

2.1.1月壤的物理特性

2.1.2月壤的力学特性

2.2月球车驱动轮与月壤相互作用数学模型

2.2.1驱动轮与月壤相互作用分析

2.2.2驱动轮沉陷

2.2.3驱动轮的滚动阻力

2.2.4车轮原地转向模型

2.3本章小结

第3章实验装置采集控制系统研制与轮地作用实验

3.1月球车单轮气浮实验装置介绍

3.2月球车单轮气浮实验装置控制和数据采集系统设计

3.2.1实验装置控制和数据采集系统方案

3.2.2月球车驱动轮驱动控制模型的建立

3.3月球车轮地相互作用实验

3.3.1实验条件

3.3.2轮地作用仿真流程及实验

3.3.3实验结果及分析

3.4滑转率估算

3.5本章小结

第4章月球车车轮驱动性能研究

4.1月球车车轮驱动性能指标分析

4.1.1车轮驱动效率性能评价指标

4.1.2车轮牵引力系数性能评价指标

4.2土壤参数对轮地作用模型的影响分析

4.2.1土壤参数变化对剪切应力与剪切位移的影响

4.2.2承压特性参数的影响

4.2.3剪切特性参数的影响

4.3月球车车轮半径和宽度对车轮性能的影响分析

4.3.1车轮半径对车轮性能的影响

4.3.2车轮宽度对车轮性能的影响

4.4垂直载荷对车轮驱动性能的影响

4.5爬坡能力分析

4.6本章小结

结论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢