星球车轮地作用测控系统研究与设计

发布时间：2017-09-28 17:20

  本文关键词：星球车轮地作用测控系统研究与设计

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【摘要】：作为外部空间探测不可或缺的重要工具，星球车需要自主运行于星球表面。但是由于星球表面环境的复杂性和不确定性，导致星球车极易出现滑转沉陷现象，从而给探测车的勘探任务提出了许多挑战。车轮作为星球车与星壤直接接触的部件，对于整车的移动性能有着决定性影响，深入研究轮地作用力学特性对于车轮驱动性能分析和星球车移动控制具有重要意义，因此在建立地面力学模型的基础上，设计功能完善的轮地作用测控系统十分必要。 本文基于地面力学理论，分析了车轮运动参数和土壤力学特性对轮地作用力学的影响，为模拟星球车车轮运行状态，建立三种地面力学积分模型：车轮前进模型、车轮侧偏滚动模型以及车轮转向模型，推导了积分模型集中力/力矩解析表达式。针对前进模型方程组的高度耦合性和复杂非线性，解析了模型参数间耦合关系；结合模型解析结果和被动滑转原理，系统研究星球车车轮滑转率估计方法。 在详细介绍俯仰土槽运动装置和车轮滑转测控装置的基础上，给出了针对星球表面环境的崎岖地形模拟方法和确定了基于地面力学模型的轮地作用测试任务。根据任务需求设计轮地作用测控系统体系结构，提出运动控制系统和数据采集系统并存的划分方式，进而搭建了硬件系统平台，给出了具体硬件配置。通过分析测控系统软件总体设计方案，构建了软件系统模块化体系；采用层次化和封装化方式，开发了轮地作用测控系统软件程序。 通过对试验系统、试验步骤和数据处理方法进行分析，开展轮地相互作用试验。基于车轮前进试验和车轮侧偏滚动试验，研究了测试数据随滑转率的变化趋势，为车轮驱动性能分析奠定基础；基于车轮被动滑转试验，将滑转率理论值和实际值进行比较，，试验结果验证了力学模型和滑转率估计方法的合理性和正确性。
【关键词】：星球车 测控系统 地面力学模型 滑转率
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V476;V416.8
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题背景及研究的目的与意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 课题研究的目的与意义10-11
• 1.2 地面力学国内外研究现状11-13
• 1.3 试验系统国内外研究现状13-16
• 1.4 主要研究内容16-17
• 第2章 轮地作用力学模型研究及其应用17-31
• 2.1 轮地作用力学影响因素17-21
• 2.1.1 车轮运动参数17-18
• 2.1.2 土壤力学特性18-21
• 2.2 轮地相互作用力学模型研究21-27
• 2.2.1 车轮前进模型21-23
• 2.2.2 车轮侧偏滚动模型23-25
• 2.2.3 车轮转向模型25-27
• 2.3 星球车车轮滑转率估计方法研究27-30
• 2.3.1 模型参数关系解析27-28
• 2.3.2 估计方法研究28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 星球车轮地作用测控系统设计31-47
• 3.1 轮地作用测控装置31-34
• 3.2 测控系统体系结构及硬件平台搭建34-39
• 3.2.1 测控系统体系结构34-36
• 3.2.2 硬件配置36-39
• 3.3 测控系统软件设计39-46
• 3.3.1 测控系统软件总体设计39-40
• 3.3.2 软件模块化设计40-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 轮地相互作用试验及分析47-55
• 4.1 试验条件与设计47-48
• 4.2 车轮主动滑转试验48-52
• 4.2.1 前进试验48-51
• 4.2.2 侧偏滚动试验51-52
• 4.3 车轮被动滑转试验52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-60
• 攻读学位期间发表的论文及其它成果60-61
• 致谢61

【参考文献】

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1 郑永春;欧阳自远;;太阳系探测的发展趋势与科学问题分析[J];深空探测学报;2014年02期

本文编号：937096