六轮摇臂转向架月球车设计与分析

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题名	六轮摇臂转向架月球车设计与分析
作者	常勇
学位类别	博士
答辩日期	2010-01-24
授予单位	中国科学院沈阳自动化研究所
授予地点	中国科学院沈阳自动化研究所
导师	马书根
关键词	月球车摇臂转向架运动学建模轮心建模法准静态模型
其他题名	Design and Analysis of a Six-Wheeled Lunar Rover with Rocker-Bogie Suspension
学位专业	机械电子工程
中文摘要	月面巡视探测机器人(俗称月球车)是在月面环境下，能够自主或半自主地完成巡视探测、科学考察及样品采集等任务的特种室外机器人,其机构系统的设计要确保月球车具备良好的稳定性能、机动性能、越障性能以及在松软土壤上的通过性能。本文针对中国科学院知识创新工程方向性项目“月球车月面探测作业支撑技术研究”的实际需求，并在对国内外同类研究进行深入分析的基础上，对月球车的移动机构系统设计、运动学建模、准静态建模、性能分析以及在松软土壤上的通过性能等几个关键问题进行了研究和探讨。首先，针对月球车在月面环境下的工作要求，完成对月球车移动机构系统的设计。在分析车体稳定性能要求的基础上完成月球车总体尺寸的设计；基于松软土壤上车轮的沉降模型，建立了车轮外形尺寸与车轮的负载、牵引力、行驶阻力的关系，进而完成月球车车轮的尺寸设计；提出月球车摇臂转向架机构的性能评价指标，包括月球车的机动性、越障过程质心平稳性、起伏地表行走平稳性和车轮负载均匀性四个方面，在此基础上完成对摇臂转向架机构的优化设计。其次，通过对多刚体链式机构和对不规则路面上轮式移动机构运动特性的分析，提出了不规则地形下的轮式移动机器人运动学建模方法——轮心建模法。通过将模型的矢量方程投影到车体坐标系下，详细阐述了轮心建模过程，并从中分析了该模型的特点；应用该方法，建立了六轮摇臂转向架月球车的运动学模型，完成了运动学的分析，确定了模型求解的方法。在此基础上对车体进行了平面行走实验和不规则地形下运动的仿真研究，其结果验证了运动学模型及求解方法的正确性。再次，分析了月球车的力学性能。建立硬质地面上单个车轮的受力模型；结合车体的平衡状态方程以及摇臂转向架机构的力矩平衡约束，建立了车体三维空间的准静态力学模型，该模型欠约束；根据各车轮协调驱动、共同推进的需求，设定模型求解的目标函数，优化车轮驱动力；将模型的求解方法用于车体力学性能的分析，包括车体的斜面稳定性能、爬坡性能以及越障性能三个方面。其中越障性能分析是针对双侧同时越障和单侧依次越障两种情况，计算了车轮越障时对障碍物表面和地面摩擦系数的要求。最后分析了车体的重心的位置对车体越障性能的影响。最后，分析了松软土壤上月球车的运动性能。建立了车轮与松软地面相互作用力模型，确定了车轮牵引力的计算方法。结合车体的准静态力学模型，建立了松软土壤上月球车行走的力学模型，并将该模型用于月球车在松软路面上的爬坡性能分析。
索取号	TP242/C36/2010
语种	中文
公开日期	2012-07-27
分类号	TP242
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.sia.ac.cn/handle/173321/9247]
专题	沈阳自动化研究所_空间自动化技术研究室
推荐引用方式 GB/T 7714	常勇. 六轮摇臂转向架月球车设计与分析[D]. 中国科学院沈阳自动化研究所. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2010.