基于半转机构月球车的越障能力研究

摘要

针对半转机构月球车的结构特点，对月球车的运动学进行了分析。建立了整车和单轮腿的坐标系，对月球车正向运动学坐标变化矩阵进行了推导，且对车体的起伏度进行了分析。　　开展了月球车的机动性能研究。建立了月球车平地行走和爬坡行走的力学模型，结合运动学的分析结果，通过静力学的分析方法，对轮腿所受地面支持力进行了仿真分析。最后对月球车的转向原理进行了阐述和转向行走受力进行了仿真分析。　　对月球车硬地面的越障能力进行了研究。提出了一种新的越障能力评价指标，将摩擦力解空间的可行域面积的大小作为越障能力评价指标，指出摩擦力解空间的可行域面积越大，轮腿越障能力越强；当轮腿所受摩擦力解空间的可行域不存在时，机构将不具有初始条件下的越障能力。建立了在摩擦力约束条件下月球车在具有坡度地面和一定越障高度的越障力学模型，并通过寻找轮腿所受摩擦力解空间可行域的方法，并对单轮腿和两前轮腿前进越障进行了仿真研究。　　在已有研究的基础上，以Bekker承压模型、Janosi剪切模型、Terzaghi承载模型为基础，分析了轮腿下陷量与垂直载荷、轮腿驱动力之间的关系。　　对月球车软地面的越障性能进行了研究。通过分析得出了下陷量的变化幅度带来的误差可以通过一次迭代消除，下陷量带来的误差不对机构力学解的存在与否构成影响。以基于下陷量的变化幅度进行一次迭代修正的方法，结合运动学的分析和硬地面的分析流程对单轮腿和双轮腿在软地面环境下的越障能力进行了研究。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

第二章 月球车运动学分析

2.1 机构简述

2.2 建立坐标系

2.3 跨步杆端点z向位移

2.4 整车正向运动学

2.5 车体起伏度分析

2.6 本章小结

第三章 月球车静力学分析

3.1 平地行走的受力分析

3.2 爬坡行走的受力分析

3.3 转向受力分析

3.4 本章小结

第四章 硬地面越障性能研究

4.1 越障能力评价指标

4.2 越障的过程分析

4.3 两前轮腿同时越障

4.4 右前轮腿越障

4.5 右后轮腿越障

4.6 本章小结

第五章 软地面越障性能研究

5.1 软地面相关理论

5.2 建立软地面力学模型

5.3 软地面越障能力分析

5.4 本章小结

第六章 结 论

6.1 全文总结

6.2展望

参考文献

MATLAB仿真程序

插图清单

附表清单

在学研究成果

致谢