月球车说明书

燕山大学AU之星月球车设计说明书

作品名称：AU之星月球车

设计者：谭晶贾喜亮袁品贵

指导教师：姚建涛唐艳华

参赛单位：燕山大学机械工程学院

目录

摘要 (2)

关键字 (2)

1引言 (2)

2国内外研究概况 (3)

2.1主要的研究 (3)

2.2著名的星球探测工具 (4)

3几种越障方式的比较 (4)

4设计时应考虑的问题 (4)

4.1体积小、重量轻、低功耗 (4)

4.2灵活的越障、避障能力 (4)

4.3微重力考虑 (5)

4.4环境防护能力 (5)

4.5月球车能源系统 (5)

4.6月球车材料的选择 (5)

5登月小车功能介绍 (5)

5.1车体 (6)

5.2越障行驶模块 (6)

5.3机械臂模块 (8)

5.4传感监控及控制模块 (9)

5.5电源模块 (9)

6月球车基本参数 (10)

7作品主要创新点 (11)

8总结和感受 (11)

9致谢 (11)

10参考文献 (12)

AU之星

设计者:谭晶袁品贵贾喜亮

指导教师:姚建涛唐艳华

摘要:由于月球表面地形复杂，越过障碍物是登月小车运动中首要的考虑因素，所以，设计设计登月小车，首先必须考虑的是越障方式。据我们查证，目前主流的越障方式主要有轮式越障、足式越障、履带式越障等几种。为了使登月小车具有较好的灵活性和适应性，我们制作的登月小车在越障方式上采用复合方式越障。使用轮式移动方式，保证登月小车的移动灵活机动；使用足式结构，增强登月小车的跨越障碍能力；使用履带式机构，提高登月小车爬坡能力。

关键词:登月小车；越障

1.引言:早在1957年美国就开始设想阿波罗登月计划，经过若干年科学、技术和财政支持的多方面综合论证，1961年5月25日，美国正式宣布实施该项计划。历时10年多时间，于1972年12月底阿波罗登月计划结束。自此以后，很多国家都开始了对月球的探索。2004年，我国正式开展月球探测工程，并命名为“嫦娥工程”，嫦娥工程的第一阶段计划是于2007年年底前发射中国第一颗月球探测卫星“嫦娥一号”环绕月球运行，及进行为期一年的月球探测任务，嫦娥工程现阶段的主要目标是：

1.1 探测区月貌与月质背景的调查与研究

利用着陆器机器人携带的原位探测分析仪器，获取探测区形貌信息，实测月表选定区域的矿物化学成分和物理特性，分析探测区月质构造背景，为样品研究提供系统的区域背景资料，并建立起实验室数据与月表就位探测数据之间的联系，深化和扩展月球探测数据的研究。探测区月貌与月质背景的调查与研究任务主要内容包括：

1.1.1探测区的月表形貌探测与月质构造分析；

1.1.2探测区的月壤特性、结构与厚度以及月球岩石层浅部（1～3 km ）的结构探测；

1.1.3探测区矿物/化学组成的就位分析。

1.2 月壤和月岩样品的采集并返回地面。

月球表面覆盖了一层月壤。月壤包含了各种月球岩石和矿物碎屑，并记录了月表遭受撞

击和太阳活动历史；月球岩石和矿物是研究月球资源、物质组成与形成演化的主要信息来源。采集月壤剖面样品和月球岩石样品，对月表资源调查、月球物质组成、月球物理研究和月球表面过程及太阳活动历史等方面都具有重要意义。月壤岩芯明岩样品的采集并返回地面的任务主要内容包括：

1.2.1在区域形貌和月质学调查的基础上，利用着陆器上的钻孔采样装置钻取月壤岩芯；

1.2.2利用着陆器上的机械臂采集月岩／月壤样品；

1.2.3在现场成分分析的基础上，采样装置选择采集月球样品；

1.2.4着陆器和月球车都进行选择性采样，月球车可在更多区域选择采集多类型样品，最后送回返回舱。

我们的月球小车正是为了嫦娥工程现阶段的目标而设计。

2.国内外研究概况：月球表面地形恶劣，月球探测车在这种位置的环境中工作，必须具有性能有优越、自适应能力强的移动系统。因此，月球探测车的移动系统必然是星球探测的核心技术之一。

2.1主要的研究：

著名的有美国Rocky系列移动系统；

卡耐基·梅隆大学的Nomad移动系统；

俄罗斯爱达荷大学设计制造的APX系统；

国内的国防科技大学，清华大学,哈尔工业大学。

2.2著名的星球探测工具:

索杰纳由美国JPL研制采用六轮摇臂悬吊式结构，四个角轮具有独立驱动和控制能力；

Athena 美国JPL正在研制一种高度自主的火星漫游车，也采用六轮摇臂悬吊式结构，六轮可以独立驱动，因而具有较强的越障和爬坡能力；

Nomad（流浪者）由美国CMU大学研制机械结构：采用四轮机构，且四轮具有独立驱动兼导向能力，其行驶机构由可变形的底盘、均化悬挂系统和自包含轮组成，可变形的底盘使得在运输过程中，机构的体积较小（1.8m×1.8m×2.4m），而在运行时具有较大的覆盖面积（2.4m×2.4m×2.4m）。均化悬挂系统可以平滑机器人本体相对于轮子的运动，这种结构可保证在各种地形情况下四轮都能同时着地；

Nanorover由美国JPL开发的一种微型火星车，用于协助其它火星车工作，它具有传统的滚动和转动之外的移动方式，可以视为足式和轮式的一种混合结构，采用这种结构，小车

可以在底盘朝上时自动翻过来，具有自矫正功能；

3.几种越障方式的比较

3.1足式移动系统的控制复杂，相关技术也不太成熟.足式越障具有适应能力最强的特点，对于障碍可以通过关节的变形达到多种效果，越障碍的能力也极强，但是其缺点是由于其移动速度慢，其越障碍的效率在这三者之间是最差的。

3.2履带式移动系统具有良好的越障性能，较强的适应性和使用寿命，履带式越障对于障碍的要求极低，越障碍的能力极强，而且具有良好的爬坡性能，适合在崎岖的地面行驶，其适应范围广，运动效率高;其缺点是灵活机动性差，适应性弱,履带式移动系统的机构可能复杂，运动分析及控制可能较困难。

3.3轮式移动系统在相对平坦的地形中具有相当的优势，同足式移动系统相比，其控制也较简单，大多数的研究者倾向于将行星探测车的移动系统设计成轮式机构。轮式移动系列运动迅速、平稳，尽管其比较适合平缓的环境，但合适的悬架系统来使其适应凹凸不平的地形需巧妙的设计。轮式越障的优点是相比其它越障方式效率高，但是其有一个很大的缺陷就是适应能力差，对环境要求高。

4.设计时应考虑的问题

月球基本环境：月球表面环境与地球环境差异很大，具有表面环境恶劣、温差大、地表地形复杂等特点。月球距地球384，467Km，表面重力加速度为1.67m/s2（微重力），月球表面布满沉积的尘埃和砂石，无水，无大气层，表面温度范围为-152.7℃至130℃。

根据月球的表面环境，我们提出了具体的设计要求

4.1体积小、重量轻、低功耗

星际飞行过程中，月球车置于飞行器携带的着陆器内，它既是月球车的保护载体，又是连接月球车与地球站的通讯控制中继站。另外月球车还存在能源供应问题。因此限制了月球车的体积、重量和功耗，而这些因素又彼此相互制约。例如，美国的“索杰纳”号火星探测车体积仅自重仅11.15kg。

4.2灵活的越障、避障能力

在地形复杂的月球表面，包括布满尘埃的松软的沙地、多石块砂砾地、高低起伏的坡地，而且还存在岩石遍布、高低断层纵横的地带，因此月球车的灵活的避障、越障和自动复位能力对于完成月球车的漫游探测任务异常关键。避障能力要求导航和控制系统灵敏有效。越障能力体现在抗倾覆能力、爬坡和跨坑道等能力，要求车体结构灵活、机动性能好。离障能力是指在月球车遇到特殊情况快速脱离险境的能力。虽然导航和控制技术使月球车的避障能力