多构态星球车质心测量方法与试验研究

研究确定多构态星球车质心位置的测量方法,对提高整车控制性能和越障能力、降低行驶能耗具有重要意义。通过分析星球车的构型特点及其构态与质心位置的关系,确定采用举升法的测量原理进行质心测量。基于星球车的构型,给出构态变换矩阵,并根据静力平衡方程和举升法的测量特点,建立适应多构态星球车质心测量计算的统一模型;在此基础上推导给出测量精度更高的降维质心测量计算模型。充分考虑星球车六轮多构态的特点,确定质心测量系统的测试台采用六套可升降关节臂式测量单元的构型方案,进而设计星球车质心测量系统的机械系统和电控系统,并完成系统样机的研制。应用星球车质心测量系统样机进行多构态下星球车质心测量试验,验证所给出的质心测量方法和所研制的质心测量系统的有效性。根据试验数据,拟合得到星球车质心与构态参数的关系曲线,并通过进一步分析获得星球车质心变化区域,确定星球车质心区域端点所对应的构态参数。质心测量试验及其数据分析的结果,为星球车的地面低重力模拟行驶试验和运动控制提供数据参考。采用蒙特卡洛法对多构态下的质心测量不确定度进行评定,根据评定结果得到星球车各方向质心测量精度分别为0.28 mm、0.33 mm和0.89 mm。