虚拟现实环境下月球车运动仿真系统设计研究

虚拟现实技术的出现为月球漫游车的设计、优化等提供了新的有效手段.研究了在虚拟现实环境下基于物理的月球车运动仿真系统,设计并构建了系统的功能模块和体系结构.研究了相关几何模型的真实感建模、月球车运动仿真、实时碰撞检测、多通道立体渲染等支撑技术,据此设计开发了一种月球车运动仿真的原型系统,该原型系统可实现月球车在真实感凹凸月面上的运动仿真,支持鼠标、键盘与虚拟月球车进行交互,具有良好的真实感和沉浸感.     

虚拟环境下基于复合视觉的月球车导航技术

主要提出了一种在虚拟环境下基于复合视觉的月球车导航技术,将单、双目视觉二者结合应用,取长补短。其中单目视觉作为一种宏观路径规划完成对于形状规则的月坑的识别与定位;应用双目视觉作细观路径规划,在一定距离内完成对于特征复杂的石块的判断与定位。同时,提出了一种考虑月球车运动学动力学特性的路径规划,在能够达到避障要求的基础上缩短其行驶距离,并将其作为视觉导航模块融入月球车虚拟仿真系统中。     

新型轮式载人月球车滑移转向初探

载人月球车转向系统设计的好坏直接影响月球车的平稳性、路径跟踪及紧急避障能力。将滑移转向技术与载人月球车有效结合,提出了一种新型载人月球车滑移转向系统,研究其动力学与运动学建模方法。在分析载人月球车滑移转向的纵向行驶特性、方向稳定性及原地转向特性的基础上,设计了载人月球车滑移转向系统横摆角速度PID闭环控制控制器,实现了车辆自主横摆角速度的跟踪控制。仿真结果表明,载人月球车滑移转向系统具有较好的原地转向能力,在转向过程中不仅兼顾了滑移转向车辆低速时的转向轻便性,而且有效地改善了车辆的操纵性能和跟踪性能。     

民航飞机液压系统虚拟性能样机设计及应用研究

为了解决民航飞机液压系统试验测试验证工作的诸多挑战,对虚拟试验技术在试验与评价工作的应用进行了研究,提出并研制了一种基于虚拟试验技术的民航飞机液压系统虚拟性能样机平台,描述了该平台的整体架构、功能模块和虚拟仿真试验的工作流程。该平台具备液压系统模型开发、集成仿真、参数优化等功能,利用泵出口压力脉动仿真测试分析等试验初步验证了该系统的计算可信度。研究结果表明:该性能样机平台能够有效开展液压系统设计优化和虚拟试验验证,平台灵活性强,虚拟试验方法合理;通过前期研究,为进一步扩大后续应用范围奠定了很好的基础。     

基于运动分析平合的并联机床加工运动仿真研究

针对6自由度纯并联机床，提出了以运动分析软件为平台，利用刀位信息驱动机床运动进行数控机床加工运动仿真的技术方案。描述了系统信息流程和算法细节，通过加工仿真试验验证了系统的有效性，为并联机床虚拟产品设计系统的实现和加工技术研究提供了新的仿真方法和技术手段。     

两种轮式月球车悬架方案及其虚拟样机仿真

提出了三摇臂悬架和双曲柄滑块联动扭杆悬架两种新型月球车悬架系统；建立了月球车移动性能评价的数学模型；采用虚拟样机技术，从地面自适应、行驶平顺性、越障性能三个方面对月球车的移动性能进行动力学分析。仿真结果表明，双曲柄联动扭杆悬架月球车具有很好的移动性能。     

飞机结构静强度试验虚拟装配与干涉检查技术

地面试验是目前航空结构最重要的一种验证手段，为保障复杂杠杆加载系统在飞机大变形下的安全性，对飞机结构试验系统的虚拟装配技术进行了研究，建立了基于XML的虚拟装配模板，研发了可扩展的试验设备模型库，在CATIA平台下实现了试验加载与支持系统的虚拟装配。提出了一种杠杆加载系统运动平衡方程和迭代求解方法，根据飞机结构仿真变形计算得到各加载步加载设备的空间位置，并采用坐标转换实现加载设备在加载过程中的运动模拟，同时对加载运动过程中多加载通道之间、加载系统与支持系统之间进行碰撞检查。算例表明能够发现碰撞干涉问题，为试验设计与实施提供技术支撑，降低试验风险。     

虚拟装配环境下运动副自动识别方法

为有效地减少在装配仿真完成后进行机构运动仿真的前处理工作量,提高机构运动仿真的智能化程度,提出了一种在虚拟装配环境下面向运动仿真的机构运动副自动识别方法。通过提取虚拟装配环境下零部件间的装配约束信息,计算两个相连接零部件间所有约束的约束度,并利用计算所得的约束度自动映射出运动仿真机构中相应的运动副,为机构运动仿真中建立机构信息模型提供了基础信息。结合自主研发的原型系统虚拟装配工艺规划软件,给出了基于虚拟装配系统实现运动仿真的底层数据结构、机构模型的数据结构、信息传递过程和算法实现流程,并通过具体实例验证了方法的有效性。     

加工过程的可视化仿真

讨论了虚拟加工环境建模、工件建模、NC代码解析以及加工过程仿真算法等加工仿真中的关键技术，应用这些技术建立了一个通用虚拟加工原型系统（VMS），为虚拟制造的实现提供了有效的支持基础。     

QREV电动轿车的操纵稳定性建模与仿真

运用多体系统动力学知识,以多体系统动力学仿真软件ADAMS为技术平台,建立QREV电动轿车的功能虚拟样机.该样机由前悬架、后悬架、转向系及轮胎四个子系统组成.在此基础上,通过稳态响应和瞬态响应的仿真试验来考察该车的操纵稳定性.仿真结果表明该车具有较好的操纵稳定性.利用虚拟样机技术研究汽车动力性,可以减少实车试验次数,缩短研制周期,有效降低成本,为汽车设计制造提供了一种有效方法.     

Virtual simulation system with path-following control for lunar rovers moving on rough terrain

Virtual simulation technology is of great importance for the teleoperation of lunar rovers during the exploration phase,as well as the design of locomotion systems,performance evaluation,and control strategy verification during the R&D phase.The currently used simulation methods for lunar rovers have several disadvantages such as poor fidelity for wheel-soil interaction mechanics,difficulty in simulating rough terrains,and high complexity making it difficult to realize mobility control in simulation systems.This paper presents an approach for the construction of a virtual simulation system that integrates the features of 3D modeling,wheel-soil interaction mechanics,dynamics analysis,mobility control,and visualization for lunar rovers.Wheel-soil interaction experiments are carried out to test the forces and moments acted on a lunar rover’s wheel by the soil with a vertical load of 80 N and slip ratios of 0,0.03,0.05,0.1,0.2,0.3,0.4,and 0.6.The experimental results are referenced in order to set the parameters’ values for the PAC2002 tire model of the ADAMS/Tire module.In addition,the rough lunar terrain is simulated with 3DS Max software after analyzing its characteristics,and a data-transfer program is developed with Matlab to simulate the 3D reappearance of a lunar environment in ADAMS.The 3D model of a lunar rover is developed by using Pro/E software and is then imported into ADAMS.Finally,a virtual simulation system for lunar rovers is developed.A path-following control strategy based on slip compensation for a six-wheeled lunar rover prototype is researched.The controller is implemented by using Matlab/Simulink to carry out joint simulations with ADAMS.The designed virtual lunar rover could follow the planned path on a rough terrain.This paper can also provide a reference scheme for virtual simulation and performance analysis of rovers moving on rough lunar terrains.     

MOBILITY EVALUATION AND INNOVATION OF WHEELED SPACE ROVER

The mission and function requirements of lunar rover are analyzed, based on virtual prototype technology, the mobility evaluation theory and method for wheeled space rover are proposed, which provide a new way to study the innovative design of lunar rover. Based on the above theoretical system, an innovative lunar rover suspension system, which adopts a two-crank-slider mechanism, is proposed, and its dynamics model is created. Adopting virtual prototype technology, the ground adaptability, over-obstacle ability and driving placidity of the rover are evaluated in the virtual prototype software ADAMS. The analysis results show that the rover provides a high degree of mobility.     

月球探测车的运动学建模

给出了六轮摇臂-转向架式月球探测车的运动学建模方法。该模型共有6个自由度，包括沿x、y、z方向的移动和绕x、y、z方向的转动。为了获得月球探测车的位置和姿态，正运动学方程由车轮的雅可比(Jacobian)矩阵推导，并对矩阵方程进行了求解；逆运动学方程为已知探测车本体的运动速度，确定单个车轮的驱动速度，以达到期望的探测车位姿。该运动学模型为月球探测车的运行、运动控制系统的设计及自主导航提供了理论基础。     

月球车差动平衡机构的建模及仿真

车体平衡机构是摇臂悬架式月球车移动系统的重要组成部分,起到调节摇臂悬架运动和受力,减小主车体因地形变化所受的扰动作用.基于轮系式月球车车体差动平衡机构的结构设计,综合考虑了轮齿啮合刚度、摇臂轴扭转变形及齿轮传动回差的影响,建立了虚拟样机模型,在ADAMS软件环境下进行了动态仿真分析,得出该机构的动态特性,为该机构的改进及其在月球车上的实际应用提供了参考依据.     

混合驱动五杆月球车动力学分析

根据月球车腿式移动机构的优点,针对混合驱动五杆月球车用拉格朗日法推出混合驱动五杆月球车的动力模型,得出各杆线速度和驱动力的表达式。通过设置具体参数对混合驱动五杆月球车模型进行分析,得出了混合驱动月球车的五杆机构运动仿真图、主动关节等效惯量,耦合惯量和驱动力矩的变化规律。结果表明,对于给定的运动规律,机构的位形对系统的主动关节等效惯量、耦合惯量和驱动力矩的影响较大。     

基于应力分布的月球车轮地相互作用地面力学模型

轮地相互作用地面力学在月球车的设计、性能评价、控制和仿真等方面具有重要作用,是目前基于动力学进行月球车相关研究的瓶颈。基于此,利用针对月球车开发的车轮—土壤相互作用测试系统进行试验,结合试验数据对传统车辆轮地相互作用正应力和切应力分布模型进行修正,并分析月球车轮刺高度对应力分布的影响,从而提出随滑转率变化改变沉陷指数的经验公式,以反映土壤侧向流动等引起的滑转沉陷。对应力分布公式积分得到集中力/力矩计算模型,并结合试验数据进行验证。在载荷为80 N,滑转率从0.05增加到0.6时,模型对于车轮垂直载荷、挂钩牵引力和驱动力矩的计算值与试验数据相比,相对误差不超过10%。模型能够反映滑转沉陷和轮刺效应,可以有效地用于月球车轮地相互作用力学的计算。     

新型月球车的特点与性能分析

随着国内外掀起的新一轮的探月高潮，新型的月球车越来越受到人们的关注。本文针对月球探测的特点和要求，提出了一种两轮并列式月球车，并对此月球车的特点和性能进行分析；同时，结合两轮并列式月球车的结构和性能，提出了以两轮并列式月球车为子系统的群控策略以降低月球探测的风险，提高月球探测的效率。     

月球车样机通用运动控制系统的设计

针对构型不同的月球车原理样机,设计了基于TCP／IP通讯的通用遥操作运动控制系统。基于PCI04总线计算机和实时Linux的车载运动控制系统根据运动学模型和指令,协调控制月球车样机的运动。遥操作计算机发送遥控指令,监控样机运行。月球车样机通用控制系统为进一步研究月球车样机运动性能打下了基础。     

基于半转机构的月球车移动系统及运动学分析

针对月球探测的特点,提出了一种新型的基于半转机构的月球车移动系统,介绍了其特点以及机构原理。比较了一级半转机构和二级半转机构的起伏度,建立了月球车机构转杆正向运动学模型。MATLAB仿真结果表明,二级半转机构的起伏度较一级半转机构减小60%左右。