月球車移動系統(tǒng)構(gòu)型綜合與ALR原理樣機(jī)的研制.pdf

1、月球車移動系統(tǒng)是探月二期工程的重要工具和載體，其性能的好壞具有舉足輕重的作用。近幾年各種各樣的月球車移動系統(tǒng)涌現(xiàn)，但大部分移動系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)和尺寸等各不相同，這些移動系統(tǒng)具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)過程中遵循的原則更是各不相同。到目前為止尚未有完善的理論和準(zhǔn)則來指導(dǎo)月球車移動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對月球車移動系統(tǒng)應(yīng)具有哪些性能，哪些技術(shù)更滿足月球車要求缺乏統(tǒng)一的評判標(biāo)準(zhǔn)。因此開展月球車移動系統(tǒng)構(gòu)型綜合的研究，研制出高性能的月球車移動系統(tǒng)，具有重要的研

2、究意義和應(yīng)用價值。
　　按照移動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成分別對車輪、懸架和差動機(jī)構(gòu)的構(gòu)型展開研究。應(yīng)用圖論理論建立懸架子系統(tǒng)的拓?fù)鋱D，在分析鉸接式懸架拓?fù)鋱D的基礎(chǔ)上添加車輪等約束構(gòu)成新的拓?fù)鋱D，對四輪、六輪和八輪月球車移動系統(tǒng)懸架子系統(tǒng)進(jìn)行拓?fù)錁?gòu)型綜合，提出了ALR(Articulated Lunar Rover)移動系統(tǒng)懸架新構(gòu)型和其他幾種性能優(yōu)越的懸架子系統(tǒng)新構(gòu)型；應(yīng)用圖論理論對齒輪式差動機(jī)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)錁?gòu)型綜合，綜合出三種齒輪式月球車差動

3、機(jī)構(gòu)新構(gòu)型，提出了分離式繩索差動機(jī)構(gòu)構(gòu)型，分析了分離式差動機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，并利用構(gòu)型組合的方法衍生幾種新型月球車差動機(jī)構(gòu)；從地面力學(xué)角度出發(fā)，分析了提高車輪牽引力的方法，提出兩種月球車車輪新構(gòu)型。
　　針對ALR移動系統(tǒng)懸架構(gòu)型，以其最小越障力矩和載荷平臺俯仰角為優(yōu)化目標(biāo)，建立了ALR移動系統(tǒng)懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，利用雙權(quán)因子法將多目標(biāo)優(yōu)化模型轉(zhuǎn)換成單目標(biāo)優(yōu)化模型，利用序列二次規(guī)劃法進(jìn)行了懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，得到了ALR移

4、動系統(tǒng)懸架的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。根據(jù)優(yōu)化后的懸架結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)對ALR移動系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括車輪、繩索式差動機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和驅(qū)動元件的選擇等，研制了ALR移動系統(tǒng)地面試驗(yàn)原理樣機(jī)（簡稱ALR原理樣機(jī)）。
　　對ALR原理樣機(jī)性能分析的仿真地形進(jìn)行了研究，給出了典型地形和隨機(jī)地形的建立方法，建立了ALR原理樣機(jī)性能分析的虛擬仿真模型，分析了其在松軟地形下的通過性能、穩(wěn)定性能、越障性能和差動性能，將其和采用搖臂-轉(zhuǎn)向架式懸架的FA

5、YC(Fang An Yang Che)移動系統(tǒng)的性能進(jìn)行了對比，分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)ALR移動系統(tǒng)在載荷平臺傾角、行駛效率、最大越障力矩和滑轉(zhuǎn)率等方面的性能要優(yōu)于FAYC移動系統(tǒng)。
　　基于地面力學(xué)理論分析了月球車移動系統(tǒng)性能和構(gòu)型參數(shù)間的關(guān)系，根據(jù)分析結(jié)果和月球車移動系統(tǒng)的性能技術(shù)準(zhǔn)則，建立了ALR原理樣機(jī)移動系統(tǒng)的性能評價的指標(biāo)體系。基于熵權(quán)層次分析評價方法，建立了ALR原理樣機(jī)移動系統(tǒng)性能評價體系。在確定指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)時結(jié)合主觀分

6、析和客觀分析的方法，既借鑒了專家的經(jīng)驗(yàn)，又尊重指標(biāo)間的客觀聯(lián)系，評價結(jié)果更可信。利用VC編寫了性能評價軟件，利用該軟件對ALR原理樣機(jī)的性能進(jìn)行了自定義指標(biāo)的評價。為了更好的評價ALR移動系統(tǒng)的性能，將其和采用Rocker-bogie懸架的FAYC的移動系統(tǒng)的性能進(jìn)行了自定義指標(biāo)的對比評價，評價結(jié)果表明ALR具有更好的移動性能。
　　對研制的ALR原理樣機(jī)進(jìn)行了室內(nèi)沙場試驗(yàn)，搭建移動系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和力/力矩參數(shù)的測量系統(tǒng)，利用六維