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。     

月球车弹性筛网轮的研制

为研究适应松软地形,且质量小、功耗低、驱动力大的月球车车轮,在单轮驱动功率和扭矩计算的基础上,选取了电机和减速器,进行初步的弹性筛网轮的结构设计,对初步设计中主要零件进行了受力分析及详细的结构设计,最终加工出两种不同尺寸的弹性筛网轮,对车轮性能进行了测试.通过弹性筛网轮的研制,综合考虑体积、传递效率及功率等技术因素,实现了车轮的驱动、传动一体化设计,为设计真正的月球车车轮奠定了技术基础;解决了钛合金轮圈的加工工艺问题,为今后研制不同形状的钛合金轮圈奠定了技术基础.     

月球车轮地相互作用力学模型解耦及其应用

针对高度耦合的月球车轮地相互作用力学积分模型很难在实际中应用的问题,采用应力分布线性化、忽略比重较小的耦合项等方法,推导了解耦的封闭解析模型.利用轮地相互作用测试平台,对具有不同尺寸和不同轮刺的6种车轮进行试验.基于解耦模型研究了土壤参数的辨识方法,对轮地作用过程中的8个未知参数进行了辨识,并利用试验数据验证了该方法的...     

机耕船桨式轮设计及工作性能探讨

本文分析了平面连杆机构桨式轮的运动情况,并根据结构特点和运动规律,提出了桨式轮设计原则。通过试验,表明桨式轮能发挥较大推进力。     

一类2-D系统的鲁棒稳定性分析

研究了2-D系统第二类Fornasini-Machesini模型的稳定性问题,以线性矩阵不等式的形式给出了一类不确定2-D系统的鲁棒渐近稳定条件.在定义了稳定界的基础上,提出了稳定界的求取方法.进而得出了该类系统稳定状态反馈控制律的存在条件和设计方法,利用一组线性矩阵不等式的可行解给出了反馈控制律的参数化表示,理论上证明了该方法设计的控制器使得闭环系统对于所有允许的不确定性均稳定.系统的稳定界和反馈控制器可以通过求解一类线性矩阵不定式约束的凸优化问题得到.     

轮/履耦合式无障碍轮椅系统设计及运动分析

针对目前城市障碍环境下对无障碍轮椅的运动需求,将轮式移动快速性的优点和履带式移动的高越障性的优点有机地加以组合,研制开发了一种多运动模式的轮/履耦合式无障碍轮椅.其特点在于结构紧凑,通过内部变形机构和弹性履带能够快速便捷的对轮式和履带式进行自由转换,同时通过系统自动调节轮椅座椅位置和倾斜度,能够实现智能重心控制并保证轮椅的安全性和舒适性.对该轮椅的结构设计、运动特性、越障性能以及重心平衡控制功能进行了详细的分析.采用模糊控制的方法保证了无障碍轮椅调节响应速度快以及安全可靠性好的控制要求.仿真分析表明,这种无障碍轮椅具有很好的环境适应性和较高的越障能力.     

悬臂式基坑支护结构选型与整体稳定性分析

基坑工程是一项综合性很强的系统工程。结合基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节等条件,依据主体建筑结构设计、施工要求及建筑材料性能,对不同类型悬臂式基坑支护结构进行分析比较,在实际工程中合理选择出安全、经济、科学实用的基坑支护设计方案。全面地对基坑进行整体稳定性分析,是保证基坑工程安全的重要设计环节。工程实践证明,悬臂式基坑支护结构具有施工速度快、造价低、结构质量稳定和对变形有较好的控制能力等特点。     

滑模变结构方法在两轮自平衡机器人上的应用

研究了滑模变结构理论在两轮自平衡机器人系统的稳定控制.将滑膜变结构控制应用于具有非线性及强扰动性的两轮自平衡机器人.设计了滑模控制器,利用滑模控制器的特点实现对被控对象快速、有效的控制;针对滑模控制器本身的抖动问题,提出了一种模糊控制和滑模控制策略相结合的模糊滑模控制器,推导出模糊滑模控制律,根据Lyapunov稳定性定理,建立模糊逻辑规则库.通过仿真验证,控制方法有可行性和有效性,结果表明,本文提出的方法不仅保留了滑模控制系统所具有的较强的鲁棒性,而且消除了系统的高频颤动.     

两轮自平衡电动车的结构设计与有限元分析

阐述了两轮自平衡车的动平衡原理和条件.对整车进行了结构设计和有限元分析;采用高速电机和下沉式悬架设计方案,有利于降低控制难度和节能;使用玻璃纤维增强型材料PA66制造的减速器惰轮可以满足设计要求,而且减轻了整车重量;所设计的自平衡电动车主要参数为:整车尺寸448 mm×660 mm×1350 mm,重31.6 kg,最大爬坡度10°,最大载重量100 kg,可在-5°～5°倾角范围内保持平衡.     

轮扣式模板支架体系受力性能试验研究

轮扣式模板支架和其他形式支撑架相比,具有双向自锁能力,其杆件尺寸统一、搭设方便快捷被大量运用到工程中去,但是针对支架力学性能的试验研究较少,不能充分揭示混凝土浇筑过程中支架杆件的传力规律.结合实际工程,选取轴心支架和偏心支架进行现场试验,研究混凝土浇筑时轮扣式模板支架体系的受力性能,发现两种支架内力分布不同.当浇筑挑头板时,同侧远离梁立杆会出现"上拔"的现象,立杆呈现受拉趋势;浇筑完毕时,板下同一根立杆上部轴力大于下部,这可能与梁下立杆、斜杆参与受力相关.     

月球车不等径车轮在土壤上滚动的力学分析与实验

月球车车轮的结构特征及其与土壤相互作用的力学特性对月球车的运动性能有着重要的影响.文中研制了一种具有抗侧滑特性的月球车不等径刚性车轮.基于车辆地面力学中车轮与土壤间的承压、剪切特性理论,提出了该不等径刚性车轮与松软土壤上滚动作用的修正模型,并采用迭代算法对车轮外形参数与力学特性参量的相互关系进行了计算和对比分析.利用Reece强制滑转原理设计了一套实验装置,进行了不等径刚性车轮在松软土壤上滚动的力学特性参量测试,验证了所建立模型的正确性.     

六圆柱-圆锥轮式月球车的设计

针对月球表面的非结构化环境,设计了一种新型六圆柱-圆锥轮式月球车.整车由三节串联而成,每节具有一对独立驱动的圆柱-圆锥轮,由两个三自由度的悬架结构连接,三节之间能够被动实现俯仰和扭转相对运动;悬架关节中设计有离合器或制动器,能够根据需要锁住关节或在电机驱动下实现主动俯仰或前摆运动,从而能够使月球车根据路况以轮式或轮步方式移动.为了降低刚性车轮产生的振动,在车轮和支承轴之间设计了由金属橡胶构成的减振器.对月球车的结构参数优化和移动性能的分析,结果表明,该车具有很强的地形适应能力和越障能力.     

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.     

Kinematic modeling and analysis of novel eight-wheel lunar rover

A new kind of eight-wheel lunar rover is developed, which is a complex closed-chain system and has good capabilities of climbing slope, surmounting obstacles and adapting to uneven terrain. In this paper, the mechanical structure of the novel eight-wheel lunar rover is introduced, forward and inverse kinematic models of the rover are established according to the closed-chain coordinate transformation and instantaneous coincidence coordinate. Based on structural characteristics, its kinetic characteristics are analyzed. Wheel slippages are separated and calculated, and a method for closed-loop control modification using wheel slip estimation during the model establishment is proposed. The results can be applied to the motion control of lunar rover.     

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．     

行星轮式月球车车轮与地面间的动载荷分析

为提高行星轮式月球车的行驶平顺性和操纵稳定性,尽量减小车轮与地面之间的相对动载荷,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轮与地面之间相对动载荷均方根值的计算公式,用M at-lab软件进行编程和计算,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.     

基于ADAMS的六轮月球车动力学建模与仿真

针对月球的复杂地形环境,利用ADAMS软件建立六轮摇臂-转向架式月球车的三维仿真模型,对其进行动力学仿真分析,获得了月球车各部件和整车的动力学特性曲线,为月球车控制系统的设计与数值计算提供了理论依据.     

分箱式月球车的预测控制

设计了适应月球探测的分箱体可折叠的月球车移动机构.具有很大的柔性和很强的环境适应能力.为解决该移动系统的控制复杂性.基于一定的规则对复杂的月球车非线性模型进行建模,采用有控制约束的准Min-Max模型预测控制,实现从一个位置到另一个位置的运动.通过求解线性矩阵不等式(LMI)的凸优化获得状态反馈控制律,而LMI的可行性保证了闭环系统的稳定性.仿真表明在满足控制约束的条件下,采用预测控制实现对月球车移动系统目标探测是可行的.     

月面巡视探测器路径规划性能评估算法

通过分析月面巡视探测器路径规划性能对算法进行评估,提出路径规划算法性能的量化评估函数,并经过实验验证评估函数的可行性。针对巡视探测器常用的两种全局规划算法和两种局部规划算法,通过评估函数的理论分析和实验验证得到更适应于月面巡视探测的路径规划搜索算法。这种评估算法路径规划性能的量化评估函数,不仅可行而且具有通用性,同样适用于其他的路径规划搜索算法。     

Wheel slip-sinkage and its prediction model of lunar rover

In order to investigate wheel slip-sinkage problem, which is important for the design, control and simulation of lunar rovers, experiments were carried out with a wheel-soil interaction test system to measure the sinkage of three types of wheels in dimension with wheel lugs of different heights and numbers under a series of slip ratios (0–0.6). The curves of wheel sinkage versus slip ratio were obtained and it was found that the sinkage with slip ratio of 0.6 is 3–7 times of the static sinkage. Based on the experimental results, the slip-sinkage principle of lunar’s rover lugged wheels (including the sinkage caused by longitudinal flow and side flow of soil, and soil digging of wheel lugs) was analyzed, and corresponding calculation equations were derived. All the factors that can cause slip sinkage were considered to improve the conventional wheel-soil interaction model, and a formula of changing the sinkage exponent with the slip ratio was established. Mathematical model for calculating the sinkage of wheel according to vertical load and slip ratio was developed. Calculation results show that this model can predict the slip-sinkage of wheel with high precision, making up the deficiency of Wong-Reece model that mainly reflects longitudinal slip-sinkage.