行走式着陆探测器复位机构故障状态下行走能力研究

发布时间：2023-02-14 14:53

　　目前,月球探测任务主要由着陆器和巡视器搭配完成,着陆器不具备行走能力,着陆后只能在原地探测,为克服着陆器局限,提出行走式着陆探测器,在着陆基础上增加行走功能。由于月球复杂环境和着陆冲击的影响,缓冲器复位机构可能会发生故障,导致缓冲器无法自动恢复到原长,影响后续行走,本文针对复位机构故障状态下的行走式着陆探测器,对其行走能力展开研究:以行走式着陆探测器为研究对象,建立行走运动学方程,求解雅克比矩阵,建立探测器的着陆动力学模型,利用ADAMS仿真分析探测器在典型着陆工况下的着陆过程,得到各缓冲器的缓冲行程,为求解腿部工作空间和行走规划提供依据。分析探测器复位机构的故障类型,通过逆运动学求解复位机构故障状态下的腿部工作空间。提出工作空间法和响应面法分析故障状态下腿部的地形适应能力。提出优化探测器调整腿长的方法,基于NSGA-II算法,选择腿部立足点作为设计变量,腿部地形适应能力作为设计目标,调整后探测器四腿支撑,地形适应能力达到帕累托最优状态。通过步态图研究探测器在不同步态参数下的间歇步态和连续步态,建立跨沟和越障等效行走模型,分析不同地形下的优选步态。结合步态参数和插值点位置、速度和加速度...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究背景和意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 星球着陆巡视探测器发展历程
        1.2.2 着陆器着陆动力学研究现状
        1.2.3 腿式巡视机器人运动研究现状
        1.2.4 国内外研究现状简析
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 探测器行走运动学与着陆缓冲行程分析
    2.1 引言
    2.2 行走式着陆探测器构型分析
        2.2.1 探测器机构组成
        2.2.2 探测器自由度计算
    2.3 探测器并联腿运动学分析
        2.3.1 逆运动学
        2.3.2 正运动学
        2.3.3 雅克比矩阵
    2.4 探测器着陆缓冲行程求解
        2.4.1 探测器着陆动力学模型
        2.4.2 探测器着陆虚拟样机
        2.4.3 探测器着陆仿真分析
    2.5 本章小结
第3章 探测器复位机构故障状态下腿长调整研究
    3.1 引言
    3.2 探测器复位机构故障类型分析
    3.3 探测器腿部工作空间分析
        3.3.1 复位机构无故障状态下腿部工作空间
        3.3.2 复位机构故障状态下腿部工作空间
    3.4 探测器地形适应能力分析
        3.4.1 探测器腿部越障能力和跨沟能力
        3.4.2 越障能力和跨沟能力响应面模型构建
        3.4.3 响应面模型构建实例
    3.5 探测器复位机构故障状态下腿长调整方法研究
        3.5.1 腿长调整优化数学模型
        3.5.2 带精英策略的非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ
        3.5.3 腿长调整优化实例
    3.6 本章小结
第4章 基于腿长调整的探测器行走规划
    4.1 引言
    4.2 步态相关描述
        4.2.1 步态基本参数
        4.2.2 稳定性判据
    4.3 步态规划
        4.3.1 运动形式
        4.3.2 间歇步态规划
        4.3.3 连续步态规划
    4.4 典型地形下步态选择
        4.4.1 平坦及跨沟步态
        4.4.2 越障步态
    4.5 足端轨迹规划
        4.5.1 足端轨迹规划方法
        4.5.2 三次样条插值
        4.5.3 三次样条插值轨迹规划
    4.6 探测器重心与机体中心偏差计算
    4.7 本章小结
第5章 探测器典型地形下行走仿真分析
    5.1 引言
    5.2 平坦地形行走仿真分析
        5.2.1 探测器行走虚拟样机
        5.2.2 平坦地形行走规划
        5.2.3 平坦地形行走仿真结果分析
    5.3 崎岖地形行走仿真分析
        5.3.1 崎岖地形行走规划
        5.3.2 崎岖地形行走仿真结果分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3742572