八轮星球探测车移动系统的设计与分析.docx

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八轮星球探测车移动系统的设计与分析

任务书

课题名称

八轮星球探测车可展开移动系统设计

主要任务与

目标

月球是距离地球最近的自然天体，蕴藏大量的矿产资源，是人类飞离地球进行深空探测的第一站，也是理想的天然空间中转站。

月球车是月球探测中的重要媒介之一，已经成为全世界广泛研究的热点。

移动系统作为月球车整体系统的关键部分，其性能的好坏直接影响整个探测任务的成败。

本课题主要进行八轮扭杆摇臂式月球车可展开移动系统关键技术的研究。

目标：

提出的设计方案可行，结构设计合理，完成的三维、二维图纸设计，并完

成八轮星球探测车运动学分析与仿真验证。

任务：

1.八轮星球探测车可展开移动系统方案结构设计

2.八轮星球探测车可展开移动系统的参数设计

3.八轮星球探测车可展开移动系统三维仿真

主要内容与基本要求

主要内容：

1.八轮星球探测车可展开移动系统方案结构设计

2.八轮星球探测车可展开移动系统的参数设计

3.八轮星球探测车可展开移动系统三维仿真

基本要求：

按照课题内容，完成总体构型设计、方案设计和具体结构设计，完成三维、

二维装配图和零件图，应用Pro/e等软件完成八轮星球探测车运动仿真验证。

完成毕业设计要求的各种文档，包括开题报告、文献综述、外文翻译、中

期报告及毕业设计论文等。

严格按照进度安排，保质保量完成所承担的任务；遵守实验室相关规定。

主要参

考资料

及文献

阅读任务

[1]邹永廖，欧阳自远，李春来.月球探测与研究进展.空间科学学报.2000，20（10）:

93-103

[2]李圣怡，戴一帆，刘阳.月球火星探测与月球探测车研制初探.第二届月球探测技术研讨会论文集.北京,2001:

146-155

[3]李瑞玲，丁希仑，战强,等．变胞机构的机构学理论及在航天中的应用．2002InternationalSymposiumonDeepSpaceExplorationTechnologyandApplication,2002,8:

230-236

[4]邓宗全，胡明，高海波,等.月球探测车关键技术及其原理样机的研制.2002年深空探测技术与应用科学国际研讨会.青岛，2002:

29-35

[5]胡群芳,陈永杰.中国掀起月球车研制热.深空探测研究.2004,2（3）:

3-4.

[6]刘方湖，陈建平.行星探测机器人的研究现状和发展趋势.机器人.2002,24（3）:

268-274.

[7]Apostolopoulos,Dimi.AnalyticalConfigurationofWheeledRoboticLocomotion.CarnegieMellonUniversity,RoboticsInstitute,1997.

[8]高海波.行星轮式月球车技术及其理论研究.哈尔滨工业大学工学博士学位论文.2003,11:

1-17

[9]RogerBostelman,JamesAlbus,KarlMurphy,etal.AStewartplatformlunarrover.ProceedingsoftheASCESpecialtyConferenceheldinAlbuquerque.NewMexico,February26-March3,1994:

175-183

[10]付宜利，徐贺，王树国等.沙地环境移动机器人驱动轮的发展概况综述．机器人技术与应用.2004,4:

22-29

[11]刘明治,高桂芳.空间可展开天线结构研究进展.宇航学报.2003,24

（1）:

82-87

[12]岳建如.研究空间可动结构设计与控制分析.浙江大学博士学位论文.2002:

2-6

[13]熊天齐.可展结构理论分析与研究.同济大学硕士学位论文.2006,1-30

[14]WangQiaoling，GuanRongqiang，GuDongdong。

Proandconquadranglesuspensionforklunar’sperformceanalysisandsimulation.The2ndInternationalConferenceonElectricalandControlEngineering.2011:

1-4

[15]CHENBai-chao,WANGRong-ben,YANGLu,JINLi-sheng,GUOLie.DesignandSimulationResearchonaNewTypeofSuspensionforLunarRover.Proceedingsofthe2007IEEEInternationalSymposiumonComputationalIntelligenceinRoboticsandAutomation.2007:

1-5

外文

翻译任务

[1]WangQiaoling，GuanRongqiang，GuDongdong。

Proandconquadranglesuspensionforklunar’sperformceanalysisandsimulation.The2ndInternationalConferenceonElectricalandControlEngineering.2011:

1-4

[2]CHENBaichao,WANGRongben,YANGLu,JINLi-sheng,GUOLie.DesignandSimulationResearchonaNewTypeofSuspensionforLunarRover.Proceedingsofthe2007IEEEInternationalSymposiumonComputationalIntelligenceinRoboticsandAutomation.2007:

1-5

计划进度：

起止时间

内容

2012.11.15~2012.12.10

调研、信息汇总，文献查阅分析

2012.12.10~2012.12.31

外文翻译、文献综述、开题报告，并熟悉理论力学、机械原理等相关知识

2013.01.01~2013.01.10

提交开题报告、文献综述及外文翻译

2013.01.11~2013.01.20

开题答辩

2013.01.21~2013.03.01

八轮星球漫游车的整体方案设计

2013.03.02~2013.03.28

八轮星球漫游车结构设计及零部件设计

2013.03.29~2013.04.11

三维CAD建模、装配

2013.04.12~2013.04.24

三维运动学分析仿真

2013.04.25~2013.05.02

结构改进设计及毕业论文撰写

2013.05.03~2013.05.10

完成并提交毕业论文

2013.05.11~2013.05.24

整理材料准备答辩

2013.05.25~2013.05.29

论文答辩

实习地点

指导教师

签名

年月日

系意见

系主任签名：

年月日

学院

盖章

主管院长签名：

年月日

开题报告

班级

姓名

课题名称

八轮星球探测车可展开移动系统设计

1选题的背景与意义

1.1国内外研究现状和发展趋势

1.2星球车可展开移动系统概述

1.3星球车空间可展开机构概述

1.4八轮星球探测车研究意义

2研究的基本内容

2.1八轮星球探测车整体的结构设计

2.2八轮星球探测车可展开移动系统的参数设计

2.3八轮星球探测车可展开移动系统三维仿真

3研究方案、可行性分析及预期研究成果

3.1研究思路方案

3.2可行性分析

3.3预期研究成果

4研究工作计划

参考文献

成绩：

答辩

意见

答辩组长签名：

年月日

系

主

任

审

核

意

见

签名：

年月日

八轮星球探测车移动系统的设计与分析

1选题的背景与意义

月球是距离地球最近的自然天体，蕴藏大量的矿产资源，是人类飞离地球进行深空探测的第一站，也是理想的天然空间中转站。

月球所具有的巨大经济、政治和军事价值使得月球探测成为人类一直关注的焦点[1]。

星球车是月球探测中的重要媒介之一，已经成为全世界广泛研究的热点。

移动系统作为星球车整体系统的关键部分，其性能的好坏直接影响整个探测任务的成败[2]。

20世纪90年代产生的以空间机构的折叠、伸展、组合为主要研究内容的“变胞机构”等机构学研究最新成果，为星球车可展开移动系统关键技术的研究奠定了理论基础，但这方面的理论研究尤其是工程应用还有待于完善和发展[3]。

由于航天器运载技术和发射费用的限制，在具有良好的环境自适应能力的前提下，体积小、质量轻成为星球车研制的主要技术指标。

因为减小星球车的体积，不仅可以减小其运载火箭的体积和质量，节省推动力，降低发射成本，而且对提高发射的可靠性意义重大。

而星球车体积小却意味着其所搭载的仪器设备数量将减少，其直接效果是降低星球车的探测能力。

因此，如何使星球车在满足预期的探测功能的前提下，尽可能少的占用运载器的有效载荷空间是一个很值得研究的课题。

1.1国内外研究现状和发展趋势

自20世纪60年代以来，以美国、俄罗斯、法国、日本等发达国家为首，各国科研机构纷纷进行各种类型行星车的研制，有的甚至已进入实用化、商品化阶段，如“勇气号”火星车。

在国内，清华大学、哈尔滨工业大学[4]、国防科技大学、北京航空航天大学、上海交通大学、华中科技大学和航天科技集团502所等高等院校及科研院所相继开展了这方面的研究工作[5]。

迄今为止，国内外研究人员从行星车移动系统的越障性能、地形适应能力、能耗等要求出发，研制出各类行星车移动系统产品及样机多达四十余种。

根据移动系统的体积大小不同，可分为微型、超小型、中型及大型等四类。

根据操纵控制方式不同，可分为有人驾驶、无人驾驶远程遥控两类。

根据移动方式不同，可分为履带式、腿式、轮式、轮腿式等几类[6]，由于轮式移动系统具有运动速度快的优点，故得到了广泛研究。

随着各种悬架的出现，其越野能力已大大增强，可以与腿式移动系统相媲美[27]。

以下根据不同部位可展开轮式移动系统进一步分类。

1.2星球车可展开移动系统概述

1.2.1整体可展开移动系统

整体可展开移动系统以三轮移动系统为主，由于三个车轮联接于同一个悬架，移动系统的折叠与展开需整体进行。

具有代表性的有日本NASDA和东京工业大学联合开发的Tri-star2，它采用轴环和可压缩轮结构，具有较强的机动性，其体积折叠比可达到373%。

移动系统整体展开的还有美国国家技术标准局（NIST）研制的索缆并联机器人RoboCrane[9]。

该移动系统由三组索杆铰接在一个Stewart平台上形成，索杆可代替动力源驱动形成移动框架。

通过索缆的顺序张紧与释放，改变索杆和车轮间相对位置，可最终完成折叠与展开功能。

1.2.2底盘可展开移动系统

美国CMU研制的Nomad[10]是一种底盘可变形的四轮行星车。

它采用前苏联Луноход的自包含电动轮模块概念、Rocky系列的转向节悬挂机构、显式转向连杆机构和LRV的自动轮距扩展概念，利用均化悬挂系统平滑车体相对于车轮的运动，保证在各种地形情况下四轮都能同时着地。

当底盘完全展开时所占的包络空间可比其折叠状态时增加35%，这种展开功能使