行星探测车车轮构型研究综述与思考

介绍了国内外研制的典型行星探测车车轮构型,分析了它们的结构特点及性能指标.结合国内行星探测车车轮构型研究的具体情况,介绍了其研究方法,并预测了行星探测车车轮构型研究的发展趋势.     

基于CAN总线行星探测车试验台测控系统的研究

介绍了行星探测车试验台测控系统的软硬件结构、特点及功能、实验室现有的行星探测车实验台的机械结构,并对测控系统的功能模块组成,各模块的工作原理,硬、软件设计及它们的实现方法进行了探讨和论述。详细分析了利用VC#（VisualC#）语言实现了相应程序的编制和人机界面的制作以及SQL数据库的基本结构。实验证明该系统有很好的控制性能,精确度高、可靠易操作。     

二级半转轮腿机构月球探测车及其移动性能分析

根据半转机构原理,设计了一种新型的轮腿式月球探测车,其移动机构由车体支架、4个结构相同的轮腿及转向支架3部分构成.轮腿采用二级半转机构,由电机独立驱动和转向,通过2个串联的行星轮系来传递驱动力矩.并从路面适应性、转向灵活性、车身起伏度、地面几何通过性、抗侧倾能力和垂直越障能力等方面分析了该月球探测车的移动性能.分析表明,该探测车适合在高低起伏的月球表面环境行走.     

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。     

轮-步复合式火星车移动系统设计及分析

为了解决轮式火星探测车在松软地面上的通过性受到轮-地作用机制限制的问题,提出一种具备轮-步复合移动能力的四轮火星探测车构型。基于地面力学数值计算方法对制动轮附着力和驱动轮牵引力进行了比较,明确了该车的地面力学机理。提出一种双摆杆式步行机构,确定了移动系统结构。利用带传动关联双摆杆步行机构的两个回转运动,使其比独立驱动具有更好的负载特性和功率特性。使用行星轮系和制动器实现轮行、步行、轮-步复合、制动四种运行状态,依托行星轮系实现轮-步匹配,使得轮-步复合移动的控制大幅简化。针对坡面行驶工况和坡面步行工况进行负载分析,给出了步行传动和车轮驱动传动的传动比计算方法和减速器布置,完成了轮-步复合移动机构设计和制造。分析了典型步态,并通过仿真方法对各步态下关节负载变化规律进行了分析。研究旨在拓展火星车研究理论和方法,为我国火星探测任务提供移动系统研制建议。     

一种行星轮式救援机器人系统的研究与设计

针对履带式救援机器人体积重量偏大、移动速度偏慢的缺点,提出了一种行星轮式的救援机器人。对机器人的行星轮式结构进行了设计,并从机器人的运动学模型出发,分析了其运动性能;此外,基于TMS320F2812DSP芯片设计了系统的硬件架构。     

面向熔岩管探测的星球子车及其参数化设计方法研究

星球熔岩管是进入星球地下的捷径,具有较高的科学探测及资源勘探价值。提出了一种新型系绳星球熔岩管探测子车,并开展其参数化设计研究。面向熔岩管管口大坡度斜坡绳索释放回收问题以及熔岩管内探测车转向问题对系绳轮式移动机构进行了构型设计。基于地面力学理论,考虑三轮移动系统在熔岩管口周围及管底堆积区松软地形内移动能力,以及探测车在崎岖硬质熔岩管内壁中的几何通过性、平稳性和抗颠覆性等因素对系绳三轮移动系统进行了参数优化设计。在模拟外星球地表环境中的仿真和试验结果表明,使用提出的优化设计方法设计出来的星球车完全满足预定的技术要求,相比于参数优化之前具备更强的移动性能,并可为四轮、六轮等多轮星球车参数化设计提供有益借鉴。     

行星轮式海底行走机构的设计

在研究行星轮系工作原理的基础上,初步设计了海底行走机构,研究了行走机构液压控制系统,为行星轮式海底行走机构的研制提供理论依据.     

摇臂式探测车质心域的计算

为了进行摇臂式探测车的移动性能分析及低重力模拟试验,须确定其质心域.在对摇臂悬架简化的基础上,提出摇臂探测车悬架设计参数的表示方法.将探测车简化为质点系,基于坐标变换法确定各质点的位置矢量,推导出任意运动位置时探测车的质心位置矢量和质心域半径公式.最后以研制的摇臂探测车为例,计算其设计质心、任意运动位置时的质心,并通过优化方法确定该探测车的最大质心域半径.结果表明,摇臂式探测车的质心域为中分面上的平面区域,车体质心的偏置对任意位置时探测车的质心影响较大,而对质心域的变化没有影响.所采用的方法也可用于其他被动铰接式探测车质心域的计算.     

行星轮式爬楼梯轮椅的设计与分析

针对老年人和身体残障人士安全地爬楼和在地面上高效移动的需求,设计了一种行星轮式电动爬楼梯轮椅,详细介绍了该轮椅机构组成、控制系统及其功能特点。通过建立基于拉格朗日方程的行星轮组动态模型,研究了不同等效转矩下行星轮组的角加速度曲线,详细分析了轮椅在爬楼梯过程中的稳定裕度。研究表明,防倾翻支架能有效地提高轮椅爬楼的稳定性。该行星轮式爬楼梯轮椅能够安全有效地帮助老年人和身体残障人士,满足日常出行与攀爬楼梯的实际需求。     

行星齿轮传动均载构件移量的计算

对渐开行星齿轮传动均载机械进行了分析,从传动基本构件的制造公差入手,给出了当太阳轮或内齿轮之一作为均载构件时,其位移量的计算公式。     

轮对多通道图像采集触发技术研究

车辆轮对磨耗参数的检测,对保证车辆安全运行具有重要作用。针对动态检测图像采集过程中,运动车辆轮对的定位与图像采集问题,研制了适用于轮对在线检测环境的多通道图像采集触发系统。通过对所选择的车辆检测传感器性能研究,对检出信号进行了优化处理,减小了传感器检测环节引入的误差;通过采用多传感器组实现了对不同运行速度轮对进行速度检测并设计了触发控制核心电路板来实现对多路信号的集中处理;控制软件根据检测结果调整相机拍摄时间,捕捉到达设计位置的轮对图像;利用单片机自有定时中断模块设计了较高精度的软、硬件计时功能。实验及研究结果表明,该多通道图像采集触发系统运行稳定,重复性实验中的触发延时误差小于0.001 s,图像采集的效果与精度达到设计要求。     

轮对综合参数光电自动检测系统

车辆轮对尺寸参数和踏面缺陷的检测是保障车辆运行安全的重要措施。介绍了一种基于光电检测技术的轮对综合参数自动检测系统。该系统运用精密激光位移传感及数字图像处理方法，并结合精密运动控制，实现了轮缘厚度、轮缘高度、车轮直径、轮对内侧距、轮辋厚度、轮辋宽度等主要尺寸参数，以及踏面擦伤和剥离等表面缺陷的非接触自动检测。该系统的尺寸参数测量精度为0．2mm，擦伤深度测量精度为0．1mm，剥离长度测量精度为1．0mm。现场实验结果表明，系统的检测精度和重复性可满足车辆段修现场使用要求。     

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.     

行星齿轮厚油膜均载系统参数分析计算方法

利用轴向有限长雷诺方程推导了油膜承载能力表达式，结合行星轮的受力分析，建立了包含偏心率和半径间隙的力平衡方程。在分析各种误差的基础上，推导出综合当量误差和油膜变形量的位移平衡方程。利用上述两方程联立求解偏心率和半径间隙。同时，利用表面粗糙度概念建立最小油膜厚度判别式，为修正宽径比和选择合理的润滑油动力粘度提供依据。结合已知型号的NBF行星减速器作厚油膜均载设计计算，其结果符合工程实际要求。证明该方法是可行的。     

电动汽车麦弗逊前悬架设计及参数优化

根据整车设计参数及悬架设计理论,设计某款电动汽车的麦弗逊前悬架。基于UG/Motion利用UG的开放接口开发相应的软件系统,实现麦弗逊前悬架运动学仿真模型的参数化设计、前轮外倾角与前束角的匹配设计和前悬架系统的运动学仿真分析;通过与ADAMS的仿真结果相对比,验证系统的正确性;将遗传优化算法与多体运动学分析方法相结合,以前轮定位参数的变化量最小和车轮侧向滑移量最小为优化目标对麦弗逊前悬架的设计参数进行优化,通过对比初始设计与优化设计的仿真结果,验证优化方法的有效性。优化分析显示,麦弗逊前悬架摆臂前后点坐标的变化,对前轮定位参数及车轮接地点滑移量随车轮跳动量的变化曲线都有影响。     

基于单目视觉的星球车车轮沉陷量和滑转率实时检测

松软地形下,星球车车轮会发生滑转和沉陷,实时检测沉陷量和滑转率在星球车仿真、车轮协调控制以及土壤参数辨识等方面具有重要意义。提出基于单目视觉的车轮沉陷量和滑转率的实时检测方法,对车轮感兴趣区域进行边缘检测并将轮壤交界拟合为直线,得出沉陷量;对车轮图像进行霍夫圆检测和标志物角点检测,得出车轮转动像素距离,并使用光流法从地面图像中得出车轮移动像素距离,由车轮转动和移动像素距离计算滑转率。仅利用一个单目摄像头,实时检测车轮滑转率和沉陷量两个重要参数,且在数据处理过程中无需转化为实际距离,计算量小,精度高。通过单轮测试台进行典型车轮和典型工况试验,对比视觉方法和测试台的检测结果,验证提出方法的有效性。结果表明,车轮滑转率测量相对误差不超过3%,车轮沉陷量测量误差不超过3 mm。     

车轮阻滞力在装配过程中的控制方法

在汽车制动性能检测时,车轮阻滞力是必检项目,其目的是为防止制动器拖滞,保证制动器的最小间隙。检测实践中发现,在滚筒式制动试验台上检测汽车车轮阻滞力时普遍存在一些问题,这些问题不仅影响汽车的制动性能,而且还影响汽车的动力性能和经济性能。解决因装配问题引起的车轮阻滞力,提高整车性能,必须对车轮阻滞力进行研究,结合有效的工艺手段进行控制。     

Three-dimensional dynamics simulation analysis of high clearance sprayer with road excitation

The stability of a high clearance sprayer (HCS) can be considered in developing modern agriculture. We built a three-dimensional dynamics model of HCS with road excitation considering the influence of complex terrain on the whole vehicle vibration. The numerical simulation method was proposed to solve differential equations based on the Newmark-ß method. The response curves of whole vehicle in the time and frequency domain response were analyzed. The simulation results show that the vibration amplitude difference of left and right wheel is bigger than amplitude difference of right and rear wheel. The average amplitude of roll motion is bigger than pitching motion. The reason is that since the man-machine seat is set on the left of whole vehicle, an additional roll torque is brought. Besides, the displacement amplitude of whole vehicle is bigger than man-machine seat. The reason is that the vibration absorption system of seat can reduce vibration effectively. In amplitude-frequency response curves, the multiple resonance points occur with the road excitation given in this paper. The maximum response amplitude of angle velocity and acceleration of pitching motion is bigger than roll motion. This study has an important theoretical and practical value for structure dynamic optimization of HCS.