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。

介绍机器人构型组合概念,提出轮腿式月球车的构型组合设计方法。将轮腿式月球车移动机构抽象为轮腿、悬架和车体3类子构型,建立了月球车同构和异构组合设计可选构型方案的计算模型。以基于二级半转机构原理的轮腿式月球车为研究对象,对其移动机构进行了子构型分析,提出了4种轮腿子构型、4种悬架子构型和5种车体子构型。以四轮腿和六轮腿月球车为例,采用同构组合和异构组合设计方法,共得到206种轮腿式月球车移动机构设计方案。

根据动物运动的不对称性,设计了一种新型的仿生轮腿式月球车,其移动机构由4个结构相同的轮腿、车体支架以及转向支架3部分构成。在建立仿生轮腿机构坐标变换模型基础上,对月球车移动机构进行了运动学分析,建立了各跨步杆端部的正向运动学模型。基于COSMOS Motion软件对该月球车进行了运动学仿真,给出了移动机构各关节相对于车体质心参考坐标系下的运动轨迹曲线,并对其越障过程进行了虚拟样机运动仿真。仿真表明:该月球车的车身起伏度较小,可以平滑地完成越障跨步动作。

根据半转机构原理,设计了一种新型的轮腿式月球探测车,其移动机构由车体支架、4个结构相同的轮腿及转向支架3部分构成。轮腿采用二级半转机构,由电机独立驱动和转向,通过2个串联的行星轮系来传递驱动力矩。并从路面适应性、转向灵活性、车身起伏度、地面几何通过性、抗侧倾能力和垂直越障能力等方面分析了该月球探测车的移动性能。分析表明,该探测车适合在高低起伏的月球表面环境行走。

为提高月球车的越障性能,结合月球表面形状特征,设计出一种新型特种车辆行走机构.提出该特种车轮腿机构类型综合的方法,按设计目标要求从平面五杆机构中优选出月球车轮腿设计方案,使新型月球车具有较强越障能力.该特种车轮腿结构简单,腿结构通过悬架与车身弹性相连并形成封闭三角形结构,根据月面形状的变化合理设定典型月面形状下各轮腿姿态,稳定性及月面适应性得到提高.运用虚拟样机技术对月球车在复杂月面的运动情况进行了仿真分析.

简述当前国内外探月研究进展及月球探测(车)机器人研究发展情况。基于月球的复杂环境特征,对比轮式运动与步行式运动月球探测(车)机器人的优势与缺陷,重点介绍了一种新型六轮腿式月球探测机器人方案。该方案具有高机动性,越障能力强,容错性好等特点,对该方案主要技术性能、本体结构、运动系统、轮腿切换机构工作原理等关键技术进行了探讨。

提出了一种由两个机器人单元组成的管道形、轮腿式月球探测机器人（PWLER）。每个机器人单元由管道连接而成的机体、圆柱形太阳能电池板、6条可独立运动的轮腿和1个探测球组成。机器人单元之间通过1根连接轴和3个相互平行的伸缩部件相连。每个伸缩部件由绳子、普通螺旋弹簧和电动机组成。PWLER在结构上的最大特点是采用轮腿和管道结构。PWLER有很多独特的性能,例如:能越过宽度为前、后轮之间距离1/3 的壕沟和高度为1/3腿长的台阶;爬坡时能保持机体处于水平状态;通过增加管道,可很容易地进行容积和探测功能的扩展;倾翻对PWLER的行驶没有影响。PWLER倾翻的仿真试验表明PWLER具有良好的倾翻稳定性。