月球车轮壤作用力学特性的测试与分析

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1、工学硕士学位论文月球车轮壤作用力学特性的测试与分析MECHANICALTESTANDANALYSISOFWHEEL-SOILINTERACTIONOFLUNARROVER刘刚哈尔滨工业大学2010年12月国内图书分类号：TP242.3 国际图书分类号：621工学硕士学位论文月球车轮壤作用力学特性的测试与分析硕士研究生：刘刚导师：杜建军副教授申请学位：工学硕士学科、专业：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2010年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.

2、3 U.D.C.:621DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringMECHANICALTESTANDANALYSISOFWHEEL-SOILINTERACTIONOFLUNARROVERCandidate:LiuGangSupervisor:AssociateProf.DuJianjunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechatronicsEngineeringAffiliati

3、on:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:December,2010Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要利用月球车在月球表面进行科学考察是月球探测的关键技术之一。为了完成探测任务，希望月球车运动很远的距离，越过复杂的地形；月球表面有杂乱的岩石以及覆盖一层厚厚的月壤，月球车在上面行走会出现打滑沉陷、翻滚，影响运动性能。月球车车轮与月壤直接接触，不仅起到承载

4、月球车的作用，而且对月球车的运动能力、适应地形的能力也有很重要的作用。因此，研究车轮与地面的相互作用力学性能，对于开发具有较高通过性的月球车起到很重要的作用，其对月球车的整体构型设计、运动学分析、参数的辨识和路径规划等都起到很重要的作用。本文主要进行单轮实验装置控制和数据采集系统设计，月球车车轮在模拟月壤中的驱动性能理论、仿真与实验，以及车轮驱动性能的研究。基于地面力学理论和研究方法，设计月球车单轮实验装置控制和数据采集系统，建立驱动电机控制模型，控制和数据采集系统主要由硬件和软件两部分组成，能够实

5、现对各电机的运动控制和传感器的数据采集，并进行相关驱动性能实验；进行车轮构型参数、土壤参数、载荷、滑转率和车轮牵引性能间的相互关系分析，建立轮地作用数学模型，通过实验验证理论模型在预测月球车驱动车轮牵引性能方面的正确性。在实验与仿真的基础上对车轮的驱动性能进行研究，运用驱动性能评价指标分析车轮构型参数对驱动性能的影响；基于实验数据详细阐述土壤承压特性参数、剪切特性参数以及垂直载荷对车轮驱动性能的影响；利用轮地作用原理分析月球车的爬坡能力，并给出改善方法。关键词：月球车；驱动性能；轮壤；性能评价-I-

6、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractSurfacemobilitybyusingwheeledmobilerobots(Rovers)isoneoftheimportanttechnologiesforlunar/planetaryexplorationmissions.Theseplanetaryexplorationroversareexpectedtotravellongdistancesandperformcomplextasksinordertofulfillchallengin

7、gmissiongoals.SurfaceterrainoftheMooniscoveredwithfine-grainedsoilcalledregolith,orboulders,rocks,orstonesspreadovertheterrain.Becauseofthechallengingterrain,therovershouldbeawareofmobilityhazards,suchaswheelslip/stuck,vehicletip-over,andcollisionwitho

8、bstacles.Inparticular,thewheelwilleasilysliponloosesoil,andthen,wheelsmightgetstuck.Subsequently,Researchonthemechanicalcharacterofwheel-soilinteractionandactuatingthecharacterofwheelhasimportantsignificancefordevelopingwheel.Itisalsoim