履带式载人月球车移动系统的设计与运动性能分析
发布时间：2017-04-09 20:02
本文关键词：履带式载人月球车移动系统的设计与运动性能分析，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：随着探月工程的不断深入，建立月球基地已经成为了必然趋势，而载人月球车作为月球开发的重要组成部分，其性能的优劣将对月球基地建设产生重要影响。本文基于月球的特殊环境与非结构化地形，提出了一种多关节四履带复合式的月球车移动系统，主要进行了如下工作： 对月球车设计中环境、载重、运动性能等重要方面进行了详细的研究，综合分析载人月球车和各种履带式移动系统的构型。在此基础上，，提出一种根据不同路况，既具有被动适应地形又有主动调节位姿功能的多关节四履带复合式移动系统。移动系统主要包括型变灵活的悬架机构，具有防侧滑功能的履带结构，装载空间较大的车身等。利用MATLAB中的fmincon函数对该移动系统悬架各构件尺寸进行优化，使移动系统在发射过程中整体尺寸最小。在优化的基础上，完成了各机构的结构设计，利用Pro/E软件建立移动系统三维模型。 对履带式载人月球车移动系统进行运动学分析。考虑滑移因素对运动的影响，利用D-H方法，建立在非结构化滑移月面的正运动学模型，推导移动系统的雅克比矩阵，得出履带与车体之间的运动关系，为移动系统的控制打下了基础。 针对不同的路况，对月球车移动系统设计相应的运动形式，为移动系统运动性能理论分析提供前提。由于履带式载人月球车移动系统运行速度较低，因此采用准静力学方法对月球车移动系统的通过性与稳定性进行分析。在月球车移动系统载人时质心与载荷变化的条件下，建立移动系统的通过性与稳定性的数学模型，计算在典型路况下月球车移动系统可越过的极限尺寸和不发生倾翻的极限条件。 在ADAMS软件中建立虚拟样机模型，对不同的障碍施加相应的运动约束，进行移动系统通过性与稳定性的仿真分析，绘制移动系统越障过程中各主要构件的相关曲线，将仿真值与理论值进行对比，分析误差原因，最终验证了理论分析的正确性。
【关键词】：关节履带 载人月球车 构型设计 运动性能 建模分析 仿真分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V476.3
【目录】：
- 摘要4-5
- ABSTRACT5-8
- 第1章 绪论8-17
- 1.1 课题研究的背景及意义8
- 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析8-16
- 1.2.1 国外研究现状9-11
- 1.2.2 国内研究现状11-13
- 1.2.3 载人月球车的研究现状13-14
- 1.2.4 越障性与稳定性研究现状14-15
- 1.2.5 履带机器人运动学研究现状15-16
- 1.3 本文主要研究内容16-17
- 第2章 履带式载人月球车移动系统的总体设计17-34
- 2.1 引言17
- 2.2 月面环境因素17
- 2.3 履带式载人月球车移动系统的设计要求17-19
- 2.3.1 载人月球车移动系统设计的技术要求18
- 2.3.2 载人月球车移动系统的设计指标18-19
- 2.4 载人月球车移动系统的总体方案设计19-25
- 2.4.1 移动系统悬架机构的设计19-22
- 2.4.2 移动系统参数优化设计22-25
- 2.5 履带式载人月球车移动系统的结构设计25-31
- 2.5.1 前履带机构及悬臂驱动与传动结构设计25-26
- 2.5.2 后履带机构及悬臂驱动与传动结构设计26-28
- 2.5.3 履带的结构设计28-29
- 2.5.4 驱动轮的结构设计29-31
- 2.6 悬架主要承力构件有限元分析31-33
- 2.7 本章小结33-34
- 第3章 履带式载人月球车移动系统运动学分析34-42
- 3.1 引言34
- 3.2 履带式载人月球车移动系统的正运动学建模34-40
- 3.2.1 坐标系的建立34-36
- 3.2.2 履带与地面产生滑移运动时的变换矩阵36-37
- 3.2.3 月球车正运动学方程37-38
- 3.2.4 月球车的雅克比矩阵38-40
- 3.3 履带式载人月球车移动系统的逆运动学40-41
- 3.4 本章小结41-42
- 第4章 移动系统通过性与稳定性分析42-59
- 4.1 引言42
- 4.2 移动系统的失去运动能力分析42-43
- 4.2.1 移动系统失去通过性分析42-43
- 4.2.2 移动系统失去稳定性分析43
- 4.3 月球车运动的准静力学分析43-47
- 4.3.1 履带-土壤作用力分析43-45
- 4.3.2 移动系统准静力学模型的建立45-47
- 4.4 月球车运动的通过性分析47-58
- 4.4.1 月球车越过垂直障碍通过性分析47-53
- 4.4.2 月球车越过沟壑通过性分析53-55
- 4.4.3 月球车爬坡通过性分析55
- 4.4.4 月球车斜坡稳定性分析55-57
- 4.4.5 月球车垂直障碍稳定性分析57-58
- 4.5 本章小结58-59
- 第5章 履带式载人月球车的运动仿真分析59-71
- 5.1 引言59
- 5.2 垂直障碍通过性仿真分析59-66
- 5.2.1 前履带越障通过性仿真分析59-61
- 5.2.2 后履带越障通过性仿真分析61-63
- 5.2.3 单侧越障通过性仿真分析63-66
- 5.3 斜坡通过性仿真分析66-67
- 5.4 沟壑通过性仿真67-69
- 5.4.1 双侧跨越沟壑通过性仿真分析67-68
- 5.4.2 单侧跨越沟壑通过性仿真分析68-69
- 5.5 凸块地形行驶平顺性仿真69-70
- 5.6 本章小结70-71
- 结论71-72
- 参考文献72-78
- 致谢78
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6 靳力;w
本文编号：295981
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