中國即將于2020年進(jìn)行火星探測(cè),不同于月球比較單一的表面特性,火星的地表環(huán)境不僅包含松軟崎嶇的土壤和沙地,同樣有堅(jiān)硬巖石等地形。幾何特征崎嶇、物理特征多變的地面特征使得火星車運(yùn)行過程中極易產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)、滑移甚至是沉陷等現(xiàn)象,為火星探測(cè)任務(wù)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。因此,中國的火星車將采用一種主動(dòng)懸架的構(gòu)型,通過輪步式移動(dòng)等功能,極大地提高了火星車的移動(dòng)能力。本文針對(duì)六輪主動(dòng)懸架火星車,建立車輪-地面相互作用多地形-多工況統(tǒng)一力學(xué)模型,推導(dǎo)主動(dòng)懸架火星車的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型,研究高保真度仿真的關(guān)鍵技術(shù)。開展了火星車輪地力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。按照車輪的實(shí)際運(yùn)動(dòng)工況對(duì)輪地作用力學(xué)模型進(jìn)行分類,分析得到了星球車輪地相互作用基本模型;考慮到主動(dòng)懸架火星車實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)的主動(dòng)轉(zhuǎn)向、高滑轉(zhuǎn)沉陷和純滑移特殊工況,采用哈爾濱工業(yè)大學(xué)開發(fā)的高性能單輪測(cè)試臺(tái)分別進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究;考慮到單輪實(shí)驗(yàn)結(jié)果與整車實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異性,采用星球車實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了整車地面力學(xué)實(shí)驗(yàn)和主動(dòng)懸架功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),得到了崎嶇多變地形下的整車運(yùn)行規(guī)律。為后文的輪地作用力學(xué)模型和仿真系統(tǒng)的精度驗(yàn)證提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。在深入分析車輪-軟土相互作用力學(xué)實(shí)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

Lunokhod1月球車[4]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文在登陸之后能夠完成展開功能，但是展開之后其關(guān)節(jié)限位鎖死，不能重復(fù)進(jìn)行懸架的折疊與展開，因此是被動(dòng)懸架。NASA計(jì)劃在2020年繼續(xù)進(jìn)行火星探測(cè)，發(fā)射的火星車命名為“毅力號(hào)”[9]，如圖1-6所示�！耙懔μ�(hào)”火星車和“勇氣號(hào)”火星車的構(gòu)型基本相同，只是質(zhì)量和體積更大，探測(cè)任務(wù)包括尋找火星上生命存在的證據(jù)以及土壤和巖石的采樣工作。值得一提的是，這次任務(wù)將會(huì)對(duì)“火星直升機(jī)”技術(shù)進(jìn)行測(cè)試。圖1-3Sojourner火星車[6]圖1-4“勇氣號(hào)”火星車[7]Fig.1-3Sojourner[6]Fig.1-4OpportunityRover[7]圖1-5“好奇號(hào)”火星車[8]圖1-6“毅力號(hào)”火星車[9]Fig.1-5CuriosityRover[8]Fig.1-6Perseverance[9]中國的月球探測(cè)目前已經(jīng)成功發(fā)射了“玉兔”號(hào)和“玉兔”2號(hào)月球車�！坝裢谩碧�(hào)系列月球車代表了我國現(xiàn)階段的星球車研究的最高水平[10]，如圖1-7所示。“玉兔”號(hào)月球車同樣采用了搖臂轉(zhuǎn)向架的懸架形式，為被動(dòng)懸架。在六輪驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，安裝了四個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)月球車的原地轉(zhuǎn)向。車輪的設(shè)計(jì)，提高了月球車的移動(dòng)性能，保證了月球探測(cè)任務(wù)的順利完成。通過多傳感器的融合，完成了月球車高精度的移動(dòng)控制。值得一提的是，“玉兔”2號(hào)月球車是首次在月球背面著陸的月球車。接下來中國的月球探測(cè)計(jì)劃包括發(fā)射著陸器，進(jìn)行月球表面土壤樣本的采集工作。-4-

哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文在登陸之后能夠完成展開功能，但是展開之后其關(guān)節(jié)限位鎖死，不能重復(fù)進(jìn)行懸架的折疊與展開，因此是被動(dòng)懸架。NASA計(jì)劃在2020年繼續(xù)進(jìn)行火星探測(cè)，發(fā)射的火星車命名為“毅力號(hào)”[9]，如圖1-6所示。“毅力號(hào)”火星車和“勇氣號(hào)”火星車的構(gòu)型基本相同，只是質(zhì)量和體積更大，探測(cè)任務(wù)包括尋找火星上生命存在的證據(jù)以及土壤和巖石的采樣工作。值得一提的是，這次任務(wù)將會(huì)對(duì)“火星直升機(jī)”技術(shù)進(jìn)行測(cè)試。圖1-3Sojourner火星車[6]圖1-4“勇氣號(hào)”火星車[7]Fig.1-3Sojourner[6]Fig.1-4OpportunityRover[7]圖1-5“好奇號(hào)”火星車[8]圖1-6“毅力號(hào)”火星車[9]Fig.1-5CuriosityRover[8]Fig.1-6Perseverance[9]中國的月球探測(cè)目前已經(jīng)成功發(fā)射了“玉兔”號(hào)和“玉兔”2號(hào)月球車�！坝裢谩碧�(hào)系列月球車代表了我國現(xiàn)階段的星球車研究的最高水平[10]，如圖1-7所示�！坝裢谩碧�(hào)月球車同樣采用了搖臂轉(zhuǎn)向架的懸架形式，為被動(dòng)懸架。在六輪驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，安裝了四個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)月球車的原地轉(zhuǎn)向。車輪的設(shè)計(jì)，提高了月球車的移動(dòng)性能，保證了月球探測(cè)任務(wù)的順利完成。通過多傳感器的融合，完成了月球車高精度的移動(dòng)控制。值得一提的是，“玉兔”2號(hào)月球車是首次在月球背面著陸的月球車。接下來中國的月球探測(cè)計(jì)劃包括發(fā)射著陸器，進(jìn)行月球表面土壤樣本的采集工作。-4-

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]星球車導(dǎo)航與動(dòng)力學(xué)聯(lián)合仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)研究[J]. 張博文,黃鐵球,邢琰,滕寶毅.  西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2019(06)
[2]星球車非結(jié)構(gòu)化環(huán)境行駛穩(wěn)定性分析[J]. 劉濤,肖建軍,唐玲,魏世民.  載人航天. 2019(05)
[3]基于相似理論的月球車坡面通過性能試驗(yàn)[J]. 王穎,黃晗,李建橋,陳百超,鄒猛.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2017(04)
[4]離散元模擬中沙土參數(shù)標(biāo)定方法研究[J]. 張銳,韓佃雷,吉巧麗,何遠(yuǎn),李建橋.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2017(03)
[5]滑轉(zhuǎn)條件下星球車坡面通過性評(píng)估試驗(yàn)[J]. 黃晗,李建橋,陳百超,吳寶廣,鄒猛.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2016(16)
[6]中國月球探測(cè)進(jìn)展（2001-2010年）[J]. 劉建忠,歐陽自遠(yuǎn),李春來,鄒永廖.  礦物巖石地球化學(xué)通報(bào). 2013(05)
[7]松軟月面上月球車動(dòng)力學(xué)建模及運(yùn)動(dòng)控制研究[J]. 葛平淑,郭烈,王孝蘭,王榮本.  計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用. 2011(12)
[8]Wheel slip-sinkage and its prediction model of lunar rover[J]. 丁亮,高海波,鄧宗全,陶建國.  Journal of Central South University of Technology. 2010(01)
[9]月球車車輪原地轉(zhuǎn)向力學(xué)特性分析[J]. 劉吉成,高海波,鄧宗全.  宇航學(xué)報(bào). 2009(05)
[10]月球車驅(qū)動(dòng)輪牽引性能研究[J]. 鄒猛,李建橋,張金換,任露泉,李因武.  宇航學(xué)報(bào). 2009(01)

博士論文
[1]六輪搖臂式火星車輪-步復(fù)合移動(dòng)系統(tǒng)及蠕動(dòng)爬行策略研究[D]. 鄭軍強(qiáng).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[2]載人月球車操縱動(dòng)力學(xué)特性研究[D]. 梁忠超.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[3]基于模擬月壤的輪壤關(guān)系研究[D]. 陳斌.吉林大學(xué) 2010
[4]月球車移動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型綜合與ALR原理樣機(jī)的研制[D]. 張朋.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[5]月/星球車輪地作用地面力學(xué)模型及其應(yīng)用研究[D]. 丁亮.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[6]月球車新型移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 陳百超.吉林大學(xué) 2009

碩士論文
[1]側(cè)偏滑轉(zhuǎn)復(fù)合工況下星球車輪地作用力學(xué)模型研究[D]. 李君.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]星球車輪原地運(yùn)動(dòng)作用力學(xué)及動(dòng)態(tài)沉陷研究[D]. 楊懷廣.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3121177