履带式载人月球车移动系统的设计与运动性能分析

随着探月工程的不断深入，建立月球基地已经成为了必然趋势，而载人月球车作为月球开发的重要组成部分，其性能的优劣将对月球基地建设产生重要影响。本文基于月球的特殊环境与非结构化地形，提出了一种多关节四履带复合式的月球车移动系统，主要进行了如下工作： 对月球车设计中环境、载重、运动性能等重要方面进行了详细的研究，综合分析载人月球车和各种履带式移动系统的构型。在此基础上，提出一种根据不同路况，既具有被动适应地形又有主动调节位姿功能的多关节四履带复合式移动系统。移动系统主要包括型变灵活的悬架机构，具有防侧滑功能的履带结构，装载空间较大的车身等。利用MATLAB中的fmincon函数对该移动系统悬架各构件尺寸进行优化，使移动系统在发射过程中整体尺寸最小。在优化的基础上，完成了各机构的结构设计，利用Pro/E软件建立移动系统三维模型。 对履带式载人月球车移动系统进行运动学分析。考虑滑移因素对运动的影响，利用D-H方法，建立在非结构化滑移月面的正运动学模型，推导移动系统的雅克比矩阵，得出履带与车体之间的运动关系，为移动系统的控制打下了基础。 针对不同的路况，对月球车移动系统设计相应的运动形式，为移动系统运动性能理论分析提供前提。由于履带式载人月球车移动系统运行速度较低，因此采用准静力学方法对月球车移动系统的通过性与稳定性进行分析。在月球车移动系统载人时质心与载荷变化的条件下，建立移动系统的通过性与稳定性的数学模型，计算在典型路况下月球车移动系统可越过的极限尺寸和不发生倾翻的极限条件。 在ADAMS软件中建立虚拟样机模型，对不同的障碍施加相应的运动约束，进行移动系统通过性与稳定性的仿真分析，绘制移动系统越障过程中各主要构件的相关曲线，将仿真值与理论值进行对比，分析误差原因，最终验证了理论分析的正确性。