六圆柱轮式月球车动力学建模与仿真

为了实现月球车的运动控制与自主避障, 对六圆柱轮式月球车的动力学进行了建模与仿真研究.根据该六轮月球车的机构原理和结构特点, 分析了车轮的受力情况, 并根据车辆动力学理论给出了简化计算公式.利用凯恩方法建立了月球车的动力学方程, 并提出了基于动力学模型的车轮计算力矩控制方案, 利用MATLAB/Simulink完成了动力学模型和控制方案的仿真分析.研究结果表明,基于动力学模型的车轮计算力矩控制方案是可行的, 可以使月球车跟踪期望轨迹, 并按轨迹跟踪的精度要求来选择控制器的参数, 使得轨迹控制既满足位置精度, 同时也满足速度精度.     

基于刚柔耦合模型的月球车振动特性仿真

为了分析月球车在月表环境下的振动特性,将其作为一个刚柔耦合多体系统,基于三维实体造型和多体动力学分析软件建立了刚柔耦合动力学模型。根据美国国家航空航天局的研究,建立了月球表面位移功率谱数学模型,结合谐波叠加法获得了月表不平度。以六轮月球车样机JLUIV-6为研究对象,通过典型越障工况试验验证了所建模型的可靠性。以月面不平度作为振动激励对所建立的动力学模型进行了仿真,分析了月球车车体的振动响应及振动加速度幅频特性。结果表明,月球车在0.8～1.8Hz处存在明显的共振区域,为月球车系统设计及优化提供了依据。     

2种坐标系下月球车转向动力学模型

结合汽车理论和车辆地面力学相关原理,建立六轮式月球车在2种坐标系(地面坐标系和车体坐标系)的转向动力学模型,并分别对这2种模型的特征方程进行了对比分析.结果表明,在2种坐标系下,六轮式月球车的转向动力学方程本质是一致的,且均是多输入多输出线性微分方程组.通过对方程组及其特征方程的分析,得到了月球车的行驶性能与月球车的主要结构参数、行驶速度等参量之间的具体关系式,为进一步深入研究和设计月球车的力学特性及运动控制提供了理论基础.最后通过仿真实验验证了月球车在转向时并不是车速越小越好,而是应该根据车体质量、结构参数、路面条件等因素选择合理的行驶速度.     

低重力补偿下六轮独立驱动月球车的运动分析

为了在地球上模拟月球表面的低重力环境,需要对月球车进行重力补偿.提出了吊丝式双天车结构的重力补偿方案,确定了月球车在崎岖路面上行进的质心域,分析了低重力下吊丝倾角和质心变化对车轮垂直载荷的影响,绘制了车轮垂直载荷的仿真曲线,完成了低重力补偿下月球车的运动分析.研究结果表明,吊丝倾角越小,月球车的质心变化域越小,则因低重力补偿引起的月球车运动波动越小.该研究为月球车低重力实验环境的建立、月球车移动子系统的功能测试和可靠性实验奠定了理论基础.     

新型八轮双摇杆摇臂扭杆月球车悬架设计

根据月球车探测任务的要求和探测地点,分析了设计月球车悬架的方法以及建立悬架设计基本参数选取的方法.从牵引力角度来着重设计悬架及其主要构件,根据月球车的牵引性能取决于土壤的推土阻力和运动阻力,提出了悬架设计的概念设计原则,利用经典的地面力学理论和车辆设计方法构建了月球车悬架设计的概念设计方法.最后利用该方法设计并提出一种新型的月球车悬架构型.通过仿真和实验验证:设计的悬架能够满足设计要求以及概念设计方法的合理性和有效性.     

基于地面力学的变质心月球探测车移动性能

简要介绍了变质心月球车(CMR-1)的设计要求和机械结构,并基于地面力学的知识,从分析月球车轮地接触力学特性入手,对变质心月球车行走过程中车轮下陷量、运动阻力和牵引力等进行了分析。通过对移动性能的分析,得到了构型参数(车轮参数、质心位置)和地形参数与下陷量、运动阻力、牵引力等性能参数间的关系曲线,给出了月球车车轮、质心位置和轮距等构型参数的设计原则,论证了质心对于月球车移动性能的重要性。最后对变质心月球车进行了仿真分析,验证了其优越的越障性能。     

两轮并列式月球车的性能及其稳定性分析

随着国内外新一轮探月高潮的掀起,新型的月球车越来越受到人们的关注.文章提出了一种两轮并列式月球车结构以适应月球探测的特点和要求,并对两轮车的驱动原理和性能进行分析,为月球车的应用提供理论基础和参考依据.两轮车行走中箱体平台的稳定性是其在视觉导航及多车对接应用中的关键环节,针对箱体平台的稳定性对两轮车系统进行建模仿真并提出了两轮车系统的模拟控制方案.仿真结果表明采用状态反馈控制可以有效的实现两轮车系统的稳定性控制.两轮并列式月球车的特点和稳定性分析为新型探月车的研究提供新思路.     

月球车用行星车轮等效地面不平度函数的研究

针对所设计的行星轮式月球车的动力学分析问题中需要确定每个行星车轮的等效地面不平度函数,对行星车轮的等效地面不平度函数进行了计算,提出一种等效地面不平度函数的修正方法,并给出了修正后的等效地面不平度函数的Fourier变换形式,同时运用虚拟样机技术软件ADAMS对该修正方法进行仿真分析,分析结果表明,该修正方法是合理的。     

基于虚拟样机的月球探测机器人运动学建模

为增强月球探测机器人在三维崎岖环境下运动的动态调整能力,采用虚拟样机技术从车轮雅可比矩阵导出了月球车6个车轮的运动学方程。可用最小二乘法从6个车轮的单独雅可比矩阵导出月球车车体的位置和方向,用加速度计测量车体的俯仰角速度和滚动角速度,从而得到月球车的运动速度。仿真结果表明：用该运动学建模方法开发的HIT-1型月球车在崎岖地形中移动时具有动态调整其运动构型的能力,可增强车体的安全性和稳定性;该方法可作为一种通用的三维轮式移动机器人的运动学建模方法。     

六圆柱-圆锥轮式月球车多轮协调运动控制研究

月球车的运动控制是月球车完成探测任务的前提.为实现月球车前进、后退和转向等基本运动功能,对六圆柱-圆锥轮式月球车的多轮协调运动控制进行了研究.根据六圆柱-圆锥轮式月球车的机构原理和结构特点,给出了月球车车轮的运动学约束条件,建立了月球车的运动学约束模型,针对月球车的基本运动要求,推导了月球车六轮协调运动的控制模型,并基于实时Linux和PC104总线计算机的车载计算机运动控制系统,对月球车的运动控制进行了实验研究.研究结果证实了六轮协调运动控制模型的正确性,为月球探测车的运动控制系统设计及月球车的自主避障功能等奠定了理论基础.     

基于 PID 控制的月面巡视探测器坡度行驶仿真分析

通过月面巡视探测器爬坡轮与地面的相互作用分析,建立月面巡视探测器坡度行驶地面力学模型。根据双闭环直流调速系统工作原理,采用位置式PID控制算法编写了电机驱动仿真模块,并将电机驱动仿真模块融合到月面巡视探测器多体动力学仿真体系中,构建了完整的月面巡视探测器动力学仿真系统。对月面巡视探测器坡度行驶工况进行仿真分析,初步实现了对月面巡视探测器动力学模型的验证,为月面巡视探测器驱动控制算法、运动规划和路径规划仿真提供技术支持。     

月球车连杆式差速平衡机构的运动学分析

为了提高月球车运动时车体平稳性和车轮承力平衡性,设计了连杆式差速平衡机构,利用ADAMS软件建立了该机构的三维仿真模型,对其进行了运动学建模、计算和运动仿真,分别获得了机构主要构件运动计算数据曲线和运动仿真曲线,对比验证了建立的运动学模型的正确性和设计的差速平衡机构对车体运动平稳性的作用,样机实验结果与理论计算及仿真结果较好吻合,进一步验证了分析方法和结论的正确性.     

行星轮式月球车动力学分析

为减小行星轮式月球车车身在垂直方向的振动加速度,需要确定月球车悬挂系统的扭杆弹簧刚度和减振器阻尼的合理数值范围．因此建立了七自由度月球车的振动系统模型,并给出了月球车振动系统的振动微分方程和频率响应函数的计算方法,在确定月球车的路面输入谱密度的基础上推导了车身在垂直方向位移输出的二阶导数均方根值的计算公式,用Matlab软件编写的计算程序计算了车身在垂直方向位移输出的二阶导数的均方根值,从而确定了悬挂系统的扭杆弹簧刚度和减振器阻尼的合理数值范围．     

Research on Suspension Gravity Compensation System of Lunar Rover with Magnetic Levitation Servo

In order to overcome the shortcomings of the traditional sling suspension method, such as complex structure of suspension truss, large running resistance, and low precision of position servo system, a gravity compensation method of lunar rover based on the combination of active suspension and active position following of magnetic levitation is proposed, and the overall design is carried out. The dynamic model of the suspension module of microgravity compensation system was established, and the d...     

基于模糊逻辑的六轮月球车路径跟踪控制

以六轮差速转向月球车样机JLUIV-6为研究对象,推导了三维环境下月球车速度运动学模型,进而得出逆运动学模型。在路径跟踪阶层,根据横向偏差和角度偏差设计了车体的偏航角速度模糊控制器,并基于路径曲率和地形崎岖程度,引入模糊修正模块来控制车体的期望速度。在执行阶层,根据控制器输出的车体期望速度和角速度,用逆运动学模型给定车轮相应的转速指令,使其跟踪车体的期望速度和角速度。最后通过ADAMS/Simulink联合仿真验证了所提方法的有效性。     

八轮扭杆摇臂式月球车越障性能分析

针对八轮扭杆摇臂式月球车的结构特点及已知的月面地形条件,利用准静力学方法推导出了八轮扭杆摇臂式月球车结构尺寸与表征其越障性能的参量间的参数关系式。根据附着系数的物理意义,分析并确定了由月球车主要结构参数表述的单位直径车轮越过垂直障碍高度的参数式。利用该参数式绘制单位直径车轮越障高度与各结构参数间的关系曲线,对各轮的越障能力进行了综合评价,得出了该车型越障能力由两前轮决定的结论。最后,针对不同附着系数,绘制两个结构参数同时改变时越障高度的变化曲线,分析了两个主要结构参数对月球车越障能力的影响。在ADAMS中进行仿真验证,其结果与理论越障高度的相对误差在10%以内,证明了理论推导的可靠性。