履带式月球车移动系统的设计与运动仿真
作者单位：哈尔滨工业大学
学位级别：硕士
导师姓名：陶建国
授予年度：2014年
学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术]
主 题：履带式月球车 移动系统 履带-土壤作用 运动性能 仿真分析
摘 要：载人登月，以及建立月球基地是中国的远期探月目标。由于履带式移动系统具有良好的越野能力和抗沉陷特性，在未来的载人登月和月球基地工程中需要的月面载运工具中将会发挥重要作用。对于地面常见的双履带式移动系统，履带接地尺寸较长，在转向时履带将发生较大的侧向滑移而产生较大的转向阻力，造成较大的履带磨损和能耗。针对这些不足，本文提出来一种可用于月面漫游车的四履带移动系统，每一套履带系都可以变形，能够根据地形特点改变履带接地长度，从而有效降低履带的行进及转向阻力。本文阐述了该漫游车移动系统的总体结构组成、履带系及其悬架的构型设计;基于履带-土壤作用力分析，讨论了履带系结构参数设计。 对所设计的四履带式月球车移动系统进行了运动学分析。基于移动系统转向时履带-土壤作用的力学分析，建立了移动系统转向速度和转向半径与履带-土壤作用关系的数学模型;通过建立随动坐标系，利用D-H法的变换矩阵，建立了移动系统的正向运动学和逆向运动学模型，为月球车移动系统的运动控制和运动仿真奠定了基础。 对所设计的四履带式移动系统的地形通过性和稳定性进行了分析。通过建立准静力学方程，分别讨论了该移动系统通过垂直障碍、壕沟和斜坡的能力;并通过准静力学方程，分析了该移动系统在斜坡上正向和侧向行进的稳定性条件。 进行了四履带式移动系统的运动性能仿真分析。基于Universalmechanics软件系统，建立了四履带式移动系统的运动仿真平台;该仿真平台包括移动系统虚拟样机模型、崎岖地形及障碍模型、履带-土壤作用模型等功能模块。根据理论分析结果设置移动系统的运动和动力参数，仿真分析了移动系统在地形模块中通过的运动特性和力学特性，为移动系统的性能评价和改进设计提供了依据。
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