輪式星球漫游車移動機構(gòu)折展構(gòu)型綜合與分析.pdf

1、為更好地執(zhí)行行星探測任務(wù)，世界各國都在發(fā)展不同類型的行星漫游車，以此攜帶科學(xué)儀器進行實地勘測從而得到詳實的地貌、地質(zhì)等相關(guān)信息。現(xiàn)階段的研究還主要處在針對某一特定構(gòu)型的漫游車進行各種性能研究的階段，缺乏系統(tǒng)的理論或方法來指導(dǎo)漫游車從功能到結(jié)構(gòu)化的設(shè)計。由于現(xiàn)階段運載工具運輸能力和容納能力的限制，具有折展性能的漫游車漸成研究熱點，很多不同構(gòu)型的具有折展功能的漫游車也越來越多地出現(xiàn)于相關(guān)文獻之中，但如何指導(dǎo)漫游車進行很好地折疊與展開設(shè)計仍是

2、一個未被很好解決的問題。因此，研究漫游車從功能到結(jié)構(gòu)化設(shè)計以及提出一種解決漫游車折展的方法對于我國深空探測具有很好的促進作用。
　　考慮輪刺效應(yīng)的影響，建立加裝輪刺的沙土對車輪驅(qū)動力矩和阻力力矩數(shù)學(xué)模型，得到輪寬、輪徑及輪刺高度在一定范圍內(nèi)時車輪沉陷與沙土對車輪驅(qū)動效率間的關(guān)系，并給出合理確定車輪數(shù)目的方法。分別研究車輪運動具有自適應(yīng)性能的單輪、兩輪及三輪懸架系統(tǒng)所需自由度，應(yīng)用單開鏈疊加法對漫游車懸架進行運動鏈構(gòu)型綜合。在綜合過

3、程中基于構(gòu)型拓撲圖的關(guān)聯(lián)矩陣，提出一種同構(gòu)判別的方法，并給出進行同構(gòu)判別的規(guī)則和步驟。在生成六輪漫游車懸架運動鏈拓撲圖的頂點類配后，應(yīng)用直接綜合和組合綜合的方法產(chǎn)生大量新懸架構(gòu)型圖譜，為懸架基本構(gòu)型的選擇奠定基礎(chǔ)。
　　研究漫游車的理想懸架機構(gòu)，從懸架基本構(gòu)型中選出一種名為多約束四邊形懸架（MCQS，Muti-constraint quadrilateral suspension）進行折展研究。建立漫游車翻越臺階障礙、跨越壕溝及自

4、身穩(wěn)定性能的數(shù)學(xué)模型，得到這些性能與車體結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，并給出保證這些性能順利實現(xiàn)的約束條件。從降低能耗和保護車載儀器安全角度考慮，以越障時各車輪提供的合力矩和車體質(zhì)心的平順性能為優(yōu)化目標，建立多目標優(yōu)化函數(shù)并在ADAMS軟件中進行漫游車的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，得到懸架的最優(yōu)結(jié)構(gòu)尺寸。
　　對MCQS懸架機構(gòu)運動鏈進行分解，得到組成這些運動鏈的三種基本結(jié)構(gòu)單元。借鑒變胞機構(gòu)構(gòu)態(tài)變換的描述以及生物學(xué)中細胞融合和變異的理論，研究懸架機構(gòu)運

5、動鏈基本單元的變異和融合方式。按照排列組合的方式將這些變異后有不同變異方案的基本運動鏈融合成一個懸架整體，篩選并得到15種折展方案并從中優(yōu)選出一種方案進行后續(xù)研究。
　　從一般機構(gòu)入手，給出其構(gòu)態(tài)發(fā)生變化時描述系統(tǒng)動能和勢能的數(shù)學(xué)模型，并得到可展開機構(gòu)展開過程中的動力學(xué)方程。針對MCQS的展開過程，給出桿件發(fā)生碰撞的三種分類方法并得到桿件碰撞前后速度變化表達式。建立發(fā)生構(gòu)態(tài)變化的桿件質(zhì)量和慣量數(shù)學(xué)模型，借鑒機器人學(xué)知識，建立所關(guān)心

6、桿件質(zhì)心點速度和位置的矩陣變換數(shù)學(xué)模型。規(guī)劃 MCQS的兩種展開方式，對懸架展開過程中發(fā)生碰撞的桿件進行動力學(xué)研究，確定其整個過程桿件之間碰撞的持續(xù)時間以及受到的沖擊力，計算結(jié)果表明產(chǎn)生的沖擊力不會影響懸架結(jié)構(gòu)的安全性。
　　給出一般漫游車仿真時的地形信息和相關(guān)仿真參數(shù)的設(shè)定。建立MCQS漫游車虛擬仿真的三維模型，在多體系統(tǒng)動力學(xué)軟件ADAMS中進行漫游車展開過程分析，檢驗其是否能順利展開；模擬漫游車行駛過程中遇到的一些地形障礙，