六轮驱动四轮转向的月球车结构具有较强地面适应能力。介绍了对其建立运动学模型方法以及利用其数值解在Visual C++6.0的虚拟环境下实现基于OpenGL的3D图形仿真,为进一步实现上位机实时监控和路径规划奠定基础。

月球车的科学名称是"月面巡视探测器",是在月球表面行驶,并对月球进行科学探测的专用车辆。月球是地球的天然卫星,是离地球最近的天然天体。月球表面没有大气,近于真空状态,阳光直照月表,它的天空一团漆黑。由于没有大气传播声波,因此在月面也听不到任何声响。月球表面没有水,更没有江河湖海。月球表面白天受到阳光照射的部位,温度最高可达130℃～150℃,而在夜间温度则降至-160℃～-180℃。月球实际

为了仿真试验月球车在月面环境的运动性能,利用虚拟现实技术建立了月球车仿真试验环境.以一种六轮月球车为原型建立了物理模型,并给出了计算机求解方法,实现了六轮月球车在月面环境下进行运动性能分析的仿真试验.通过对比该月球车设计原型的真实试验结果和仿真试验结果,验证了虚拟仿真的正确性.为月球车设计带来了一个有效的辅助工具.

针对月球探测车采用惯性导航方法进行定向时,航向角参数误差随时间不断累积的缺点,提出了一种天文导航定时修正的月球车自主定向方法。该天文方法首先建立当地地平坐标系,然后通过太阳敏感器观测太阳矢量并由星历计算来推算太阳的方位从而得到月球车的航向信息。仿真实验分析比较了月球车有无误差修正时航向信息的差别。最后通过中国天文年历和月球样车室外实验综合证明了该方法的可行性和有效性。

车轮是月球车唯一与月面接触,并通过与月壤作用产生动力推动月球车在月面行走的部件,对月球车车轮的月面支撑通过性研究是保障月球车移动性能的关键环节。从提高附着力、控制沉陷量和减小滚动阻力三方面着手,分析了各因素的影响作用,据此提出了车轮优化方案,有限元仿真分析显示,该车轮方案具有较好的支撑通过性能。

(北京工业大学电子信息与控制工程学院,北京100124)摘要:针对月面环境弱地磁、高粉尘、慢自旋、无卫星及月球车超低速,大多传统导航方法失效的问题,设计了以航位推算确定位移、太阳罗盘确定航向角的月球车DR/CNS组合导航方案;分别从航位推算的系统误差和非系统误差来源研究,并建立了里程计误差模型;在充分考虑到月面环境特殊性的基础上,自主研制了太阳罗盘;实验证明了该组合导航方案的可行性和有效性。

提出了一种用于月球车的主被动结合的摇臂式移动系统。该移动系统将四个主动摆臂和一个被动连接铰整合在一起,从而提高了越障性能。建立了越障性能的力学判断准则,并利用此准则对移动系统的越障性能进行了分析;考虑主动摆臂的可调整性能,研究了主动摆臂对移动系统越障性能的影响,并基于遗传算法对越障性能进行了优化。对摆臂角度优化的结果表明,主动摆臂可以显著提高移动系统在恶劣环境下的越障性能。

为模拟基于二级半转机构的月球车的单轮腿机构在整车条件下的受压状态以提高其在平地行走、爬坡、侧倾3种工况下的实验准确性,笔者以月球车整车及其单轮腿机构为研究对象,分别建立了它们在3种工况下的静力学模型,讨论了进行爬坡和侧倾工况下实验时的最大爬坡角度和最大侧倾角度。基于MATLAB软件对单轮腿机构在3种工况下所受的整车压力进行了仿真分析并给出了3种工况实验时进行压力加载的数据曲线图。仿真结果表明了3种工况下跨步杆跨步运动和地面坡度的变化对单轮腿机构所受整车压力的影响。

针对半转机构月球车的结构特点,对月球车在任意路面的越障能力进行了分析。由于任意路面越障模型相对复杂,可以建立的独立平衡方程数目少于未知变量数,为此提出了一种新的越障能力评价指标,指出摩擦力解空间的可行域面积越大,轮腿越障能力越强;当轮腿所受摩擦力可行域不存在时,机构将不具有初始条件下的越障能力。建立了在约束条件下月球车在具有坡度地面和一定越障高度的越障力学模型,并通过寻找轮腿所受摩擦力解空间可行域的方法,对单轮腿在具有坡度地面上单独前进越障性能进行了仿真研究。仿真结果表明:在越障高度及与地面接触角相同的情况下,后轮腿的越障能力比前轮腿强。

为研究松软土壤下BH-1型六轮月球探测车原理样机的运动性能和越障性能,对原理样机的运动学和动力学进行了理论分析.通过推导BH-1型原理样机车体和车轮的运动学约束关系,研究车轮的前向滑移、转向角滑移及侧向滑移对样机运动学的影响;鉴于月球表面松软的砂质土壤条件,对样机的车轮力学情况进行分析,进而建立基于凯恩方程的机器人动力学模型;利用ODE(open dynamics engine)三维动力学仿真软件对样机的越障过程进行仿真演示.仿真结果证明,BH-1具有优秀的运动性能和越障性能.