面向多运动工况的主动悬架火星车建模及仿真技术研究
发布时间：2021-04-06 09:10
中国即将于2020年进行火星探测,不同于月球比较单一的表面特性,火星的地表环境不仅包含松软崎岖的土壤和沙地,同样有坚硬岩石等地形。几何特征崎岖、物理特征多变的地面特征使得火星车运行过程中极易产生滑转、滑移甚至是沉陷等现象,为火星探测任务带来了前所未有的挑战。因此,中国的火星车将采用一种主动悬架的构型,通过轮步式移动等功能,极大地提高了火星车的移动能力。本文针对六轮主动悬架火星车,建立车轮-地面相互作用多地形-多工况统一力学模型,推导主动悬架火星车的运动学和动力学模型,研究高保真度仿真的关键技术。开展了火星车轮地力学实验研究。按照车轮的实际运动工况对轮地作用力学模型进行分类,分析得到了星球车轮地相互作用基本模型;考虑到主动悬架火星车实际运行过程中会出现的主动转向、高滑转沉陷和纯滑移特殊工况,采用哈尔滨工业大学开发的高性能单轮测试台分别进行了相应的实验研究;考虑到单轮实验结果与整车实验结果的差异性,采用星球车实验样机进行了整车地面力学实验和主动悬架功能验证实验,得到了崎岖多变地形下的整车运行规律。为后文的轮地作用力学模型和仿真系统的精度验证提供了实验基础。在深入分析车轮-软土相互作用力学实...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Lunokhod1月球车[4]
哈尔滨工业大学博士学位论文在登陆之后能够完成展开功能，但是展开之后其关节限位锁死，不能重复进行悬架的折叠与展开，因此是被动悬架。NASA计划在2020年继续进行火星探测，发射的火星车命名为“毅力号”[9]，如图1-6所示。“毅力号”火星车和“勇气号”火星车的构型基本相同，只是质量和体积更大，探测任务包括寻找火星上生命存在的证据以及土壤和岩石的采样工作。值得一提的是，这次任务将会对“火星直升机”技术进行测试。图1-3Sojourner火星车[6]图1-4“勇气号”火星车[7]Fig.1-3Sojourner[6]Fig.1-4OpportunityRover[7]图1-5“好奇号”火星车[8]图1-6“毅力号”火星车[9]Fig.1-5CuriosityRover[8]Fig.1-6Perseverance[9]中国的月球探测目前已经成功发射了“玉兔”号和“玉兔”2号月球车。“玉兔”号系列月球车代表了我国现阶段的星球车研究的最高水平[10]，如图1-7所示。“玉兔”号月球车同样采用了摇臂转向架的悬架形式，为被动悬架。在六轮驱动的基础上，安装了四个转向电机，可以实现月球车的原地转向。车轮的设计，提高了月球车的移动性能，保证了月球探测任务的顺利完成。通过多传感器的融合，完成了月球车高精度的移动控制。值得一提的是，“玉兔”2号月球车是首次在月球背面着陆的月球车。接下来中国的月球探测计划包括发射着陆器，进行月球表面土壤样本的采集工作。-4-
哈尔滨工业大学博士学位论文在登陆之后能够完成展开功能，但是展开之后其关节限位锁死，不能重复进行悬架的折叠与展开，因此是被动悬架。NASA计划在2020年继续进行火星探测，发射的火星车命名为“毅力号”[9]，如图1-6所示。“毅力号”火星车和“勇气号”火星车的构型基本相同，只是质量和体积更大，探测任务包括寻找火星上生命存在的证据以及土壤和岩石的采样工作。值得一提的是，这次任务将会对“火星直升机”技术进行测试。图1-3Sojourner火星车[6]图1-4“勇气号”火星车[7]Fig.1-3Sojourner[6]Fig.1-4OpportunityRover[7]图1-5“好奇号”火星车[8]图1-6“毅力号”火星车[9]Fig.1-5CuriosityRover[8]Fig.1-6Perseverance[9]中国的月球探测目前已经成功发射了“玉兔”号和“玉兔”2号月球车。“玉兔”号系列月球车代表了我国现阶段的星球车研究的最高水平[10]，如图1-7所示。“玉兔”号月球车同样采用了摇臂转向架的悬架形式，为被动悬架。在六轮驱动的基础上，安装了四个转向电机，可以实现月球车的原地转向。车轮的设计，提高了月球车的移动性能，保证了月球探测任务的顺利完成。通过多传感器的融合，完成了月球车高精度的移动控制。值得一提的是，“玉兔”2号月球车是首次在月球背面着陆的月球车。接下来中国的月球探测计划包括发射着陆器，进行月球表面土壤样本的采集工作。-4-
【参考文献】：
期刊论文
[1]星球车导航与动力学联合仿真平台设计研究[J]. 张博文,黄铁球,邢琰,滕宝毅. 西北工业大学学报. 2019(06)
[2]星球车非结构化环境行驶稳定性分析[J]. 刘涛,肖建军,唐玲,魏世民. 载人航天. 2019(05)
[3]基于相似理论的月球车坡面通过性能试验[J]. 王颖,黄晗,李建桥,陈百超,邹猛. 农业机械学报. 2017(04)
[4]离散元模拟中沙土参数标定方法研究[J]. 张锐,韩佃雷,吉巧丽,何远,李建桥. 农业机械学报. 2017(03)
[5]滑转条件下星球车坡面通过性评估试验[J]. 黄晗,李建桥,陈百超,吴宝广,邹猛. 农业工程学报. 2016(16)
[6]中国月球探测进展（2001-2010年）[J]. 刘建忠,欧阳自远,李春来,邹永廖. 矿物岩石地球化学通报. 2013(05)
[7]松软月面上月球车动力学建模及运动控制研究[J]. 葛平淑,郭烈,王孝兰,王荣本. 计算机工程与应用. 2011(12)
[8]Wheel slip-sinkage and its prediction model of lunar rover[J]. 丁亮,高海波,邓宗全,陶建国. Journal of Central South University of Technology. 2010(01)
[9]月球车车轮原地转向力学特性分析[J]. 刘吉成,高海波,邓宗全. 宇航学报. 2009(05)
[10]月球车驱动轮牵引性能研究[J]. 邹猛,李建桥,张金换,任露泉,李因武. 宇航学报. 2009(01)
博士论文
[1]六轮摇臂式火星车轮-步复合移动系统及蠕动爬行策略研究[D]. 郑军强.哈尔滨工业大学 2019
[2]载人月球车操纵动力学特性研究[D]. 梁忠超.哈尔滨工业大学 2014
[3]基于模拟月壤的轮壤关系研究[D]. 陈斌.吉林大学 2010
[4]月球车移动系统构型综合与ALR原理样机的研制[D]. 张朋.哈尔滨工业大学 2010
[5]月/星球车轮地作用地面力学模型及其应用研究[D]. 丁亮.哈尔滨工业大学 2010
[6]月球车新型移动系统设计[D]. 陈百超.吉林大学 2009
硕士论文
[1]侧偏滑转复合工况下星球车轮地作用力学模型研究[D]. 李君.哈尔滨工业大学 2017
[2]星球车轮原地运动作用力学及动态沉陷研究[D]. 杨怀广.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3121177
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Lunokhod1月球车[4]
哈尔滨工业大学博士学位论文在登陆之后能够完成展开功能，但是展开之后其关节限位锁死，不能重复进行悬架的折叠与展开，因此是被动悬架。NASA计划在2020年继续进行火星探测，发射的火星车命名为“毅力号”[9]，如图1-6所示。“毅力号”火星车和“勇气号”火星车的构型基本相同，只是质量和体积更大，探测任务包括寻找火星上生命存在的证据以及土壤和岩石的采样工作。值得一提的是，这次任务将会对“火星直升机”技术进行测试。图1-3Sojourner火星车[6]图1-4“勇气号”火星车[7]Fig.1-3Sojourner[6]Fig.1-4OpportunityRover[7]图1-5“好奇号”火星车[8]图1-6“毅力号”火星车[9]Fig.1-5CuriosityRover[8]Fig.1-6Perseverance[9]中国的月球探测目前已经成功发射了“玉兔”号和“玉兔”2号月球车。“玉兔”号系列月球车代表了我国现阶段的星球车研究的最高水平[10]，如图1-7所示。“玉兔”号月球车同样采用了摇臂转向架的悬架形式，为被动悬架。在六轮驱动的基础上，安装了四个转向电机，可以实现月球车的原地转向。车轮的设计，提高了月球车的移动性能，保证了月球探测任务的顺利完成。通过多传感器的融合，完成了月球车高精度的移动控制。值得一提的是，“玉兔”2号月球车是首次在月球背面着陆的月球车。接下来中国的月球探测计划包括发射着陆器，进行月球表面土壤样本的采集工作。-4-
哈尔滨工业大学博士学位论文在登陆之后能够完成展开功能，但是展开之后其关节限位锁死，不能重复进行悬架的折叠与展开，因此是被动悬架。NASA计划在2020年继续进行火星探测，发射的火星车命名为“毅力号”[9]，如图1-6所示。“毅力号”火星车和“勇气号”火星车的构型基本相同，只是质量和体积更大，探测任务包括寻找火星上生命存在的证据以及土壤和岩石的采样工作。值得一提的是，这次任务将会对“火星直升机”技术进行测试。图1-3Sojourner火星车[6]图1-4“勇气号”火星车[7]Fig.1-3Sojourner[6]Fig.1-4OpportunityRover[7]图1-5“好奇号”火星车[8]图1-6“毅力号”火星车[9]Fig.1-5CuriosityRover[8]Fig.1-6Perseverance[9]中国的月球探测目前已经成功发射了“玉兔”号和“玉兔”2号月球车。“玉兔”号系列月球车代表了我国现阶段的星球车研究的最高水平[10]，如图1-7所示。“玉兔”号月球车同样采用了摇臂转向架的悬架形式，为被动悬架。在六轮驱动的基础上，安装了四个转向电机，可以实现月球车的原地转向。车轮的设计，提高了月球车的移动性能，保证了月球探测任务的顺利完成。通过多传感器的融合，完成了月球车高精度的移动控制。值得一提的是，“玉兔”2号月球车是首次在月球背面着陆的月球车。接下来中国的月球探测计划包括发射着陆器，进行月球表面土壤样本的采集工作。-4-
【参考文献】：
期刊论文
[1]星球车导航与动力学联合仿真平台设计研究[J]. 张博文,黄铁球,邢琰,滕宝毅. 西北工业大学学报. 2019(06)
[2]星球车非结构化环境行驶稳定性分析[J]. 刘涛,肖建军,唐玲,魏世民. 载人航天. 2019(05)
[3]基于相似理论的月球车坡面通过性能试验[J]. 王颖,黄晗,李建桥,陈百超,邹猛. 农业机械学报. 2017(04)
[4]离散元模拟中沙土参数标定方法研究[J]. 张锐,韩佃雷,吉巧丽,何远,李建桥. 农业机械学报. 2017(03)
[5]滑转条件下星球车坡面通过性评估试验[J]. 黄晗,李建桥,陈百超,吴宝广,邹猛. 农业工程学报. 2016(16)
[6]中国月球探测进展（2001-2010年）[J]. 刘建忠,欧阳自远,李春来,邹永廖. 矿物岩石地球化学通报. 2013(05)
[7]松软月面上月球车动力学建模及运动控制研究[J]. 葛平淑,郭烈,王孝兰,王荣本. 计算机工程与应用. 2011(12)
[8]Wheel slip-sinkage and its prediction model of lunar rover[J]. 丁亮,高海波,邓宗全,陶建国. Journal of Central South University of Technology. 2010(01)
[9]月球车车轮原地转向力学特性分析[J]. 刘吉成,高海波,邓宗全. 宇航学报. 2009(05)
[10]月球车驱动轮牵引性能研究[J]. 邹猛,李建桥,张金换,任露泉,李因武. 宇航学报. 2009(01)
博士论文
[1]六轮摇臂式火星车轮-步复合移动系统及蠕动爬行策略研究[D]. 郑军强.哈尔滨工业大学 2019
[2]载人月球车操纵动力学特性研究[D]. 梁忠超.哈尔滨工业大学 2014
[3]基于模拟月壤的轮壤关系研究[D]. 陈斌.吉林大学 2010
[4]月球车移动系统构型综合与ALR原理样机的研制[D]. 张朋.哈尔滨工业大学 2010
[5]月/星球车轮地作用地面力学模型及其应用研究[D]. 丁亮.哈尔滨工业大学 2010
[6]月球车新型移动系统设计[D]. 陈百超.吉林大学 2009
硕士论文
[1]侧偏滑转复合工况下星球车轮地作用力学模型研究[D]. 李君.哈尔滨工业大学 2017
[2]星球车轮原地运动作用力学及动态沉陷研究[D]. 杨怀广.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3121177
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