月球车行走系统设计
摇臂转向架式月球车移动系统的拓扑设计及仿真分析
１ 言 引
月球 车用 于未来 的深空探测任务 ，与传统 的移动机器人不 月球车的工作环境决定 的Ⅲ 。月面是一个极其复杂、 不确知的（ 或
３月 球 车移 动 系统 的拓 扑设 计 及分 析
从机构学的角度讲 ， 月球车的移动系统是整车的骨架和执行
同， 在移动系统结构上具有一定 的特殊性 ， 这种特殊性主要是 由 ３１ ． 六轮月球车移动系统拓扑设计及分析 部分确知的） 非结构化环境 ， 因此 ， 所设计的月球 车移动系统必须 器 ， 其主要特点是 ： 机构 自由度 ； 运动时月球车移动机构 的位姿可 具有较强的地形适应 能力 。 摇臂—转 向架式月球车是火星探测任 实现高精度 、 连续 、 复杂变化 ； 移动机构的尺度参数 、 惯性参数 、 拓
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【 ｂｔ ｃ］ｃｏｄ ｇ ｏ ｈ ｈｒ ｔ ｉｉ ｌ ａ ｅｖ ｏｍ ｎ ａｄ ｏｉｔａａ ｓ ｌ ａ ｒ ｅ， ； Ａ ｓ ａｔ ｃｒｉ ｅ ａ ｃ ｒ ｔｓｆ ｕ ｒ ｎｉ ｎ ｅ ｔｎ ｂ ｉ ｌ ｉｏ ｕ ｒｏ ｒ ｒ Ａ ｎ ｔ ｔ ｃ ａ ｅ ｓｃ ｏ ｎ ｒ ｍ ｌ ｎ ｙｓ ｙ ｆ ｎ ｖ
ｉｏｔ ｉ ｗｅｌ ｅｉｅａｄｅ ｈ ｗ ｅｌ ｅｉｅ ａｓｅ ｉ ｎ ｒｉ ａ ｅ ｃ ｄ Ｔｅ ｅ ｏ ｕ，ｘ ｈｅ ｄｖｈｃ ｉ ｔ ｈｅ ｄｖｈ ｌｓ ｉ ｄｗｔ ｌ ａ ｔｒｎｒ ｓｌ ｔ ． ｈ ｒｒ ｓ ｅ ｌｎ ｇ ｅ ｃ ｔ ｆ ｉ ｈ ｕｒ ｅ ａ ｅ ｅ ｅ ｐ ｆ 一；
ｌｔ ｐｌｙ ｏ ｇｒｉ ｅ ｏ ｃ ｈｅｄａｄｅｈ ｗｅｅ ｃｅ－ｏｅｕａ Ｆｅ ｉｃ ｒｄ ２ ｈ ｔ ｏｇ ｎ ｕ ｔｎｄｓ ｎｓ ｅｅ ｇｔ ｈｅｄｒｋｒｂ ｉｌ ｒ ｏ ｒｓ ａｉ ｅｏ ｏ ｃ ｆ ａｏ 忉 ｉ ｂｗ ｌ ｎ ｉ ｌ ｏ ｇ ｎ ｙ ｒ ｅ
工程月球车的设计方案
工程月球车的设计方案摘要随着人类对外太空的探索不断深入，工程月球车的设计与制造已成为一个迫切的需求。
本文将介绍一款用于月球探测与科学研究的工程月球车的设计方案。
该月球车将具备行驶、操控、采集样本、传感器监测等多项功能，以满足人类对月球环境的探索需求。
1. 引言自20世纪之初，人类就对月球进行了广泛的科学研究，特别是在上世纪60年代末，美国和苏联分别成功地进行了载人登月任务。
自此之后，对月球的研究更是广泛展开。
为了更深入地了解月球表面的地质构造、地质活动以及与地球的相似性，月球探测车（月球车）的设计与制造变得极为重要。
2. 设计目标本设计方案将针对工程月球车的主要设计目标进行分析。
月球车需要满足以下基本目标：1）能够在月球表面行驶并且能够适应不同的地形环境；2）携带各种科学研究设备，如激光测距仪、地质钻探设备等；3）具备远程操控和自主导航能力；4）能够在极端环境下工作，如低温、真空等；5）具备样本采集和分析功能；3. 结构设计工程月球车整体结构设计分为底盘、动力系统、悬挂系统、传动系统等几大部分。
底盘设计：底盘设计应具有足够的强度和刚度，以支撑月球车整机。
采用轻质合金材料作为底盘材料，并且加强关键连接处的焊接连接，以保证整机的稳固性和耐用性。
动力系统：考虑到月球表面的复杂地形，月球车的动力系统应该具备较强的通过性和悬挂适应性。
采用四轮驱动，同时结合电动发动机和太阳能电池板作为能源，并配置强有力的悬挂系统，以增加车辆的通过性和操控性。
传动系统：传动系统负责将动力从电动发动机传输到车轮，需要具备较高的效率和可靠性。
采用先进的齿轮传动设计，以保证传动效率和传动寿命。
4. 功能设计月球车需要具备丰富的功能以满足科学研究的需求，包括采样、分析、传感器监测等。
采样系统：月球车需要能够在月球表面采集地质样本并进行分析。
通过装备高精度激光测距仪，携带地质钻探设备等，以实现对地质样本的采集和分析。
传感器监测：月球车需要装备多种传感器，如温度传感器、湿度传感器、气压传感器等，以对月球表面的环境参数进行监测。
创造中的中国月球车
创造中的中国月球车中国科学院院士、中国月球探测首席科学家欧阳自远曾经在2007年表示，中国已完全具备开展月球探测的能力，并计划在13年内实现不载人月球探测计划。
2012年，中国月球探测“嫦娥工程”中最重要的角色月球车将在月球上的某个月海登陆。
在2006年10月31日开幕的第六届中国国际航空航天博览会(珠海航展)上，中国月球车首次现身。
在实验室里，这个重要角色的学名是“月球探测远程控制机器人”。
月球车的职责作为登月探测的一个重要实施者，月球探测车是中国月球探测工程中的一个重要项目。
月球车自主研究开发的意义在于：它是着陆探测和取回样品的关键工具，是长期实地考察的需要，为未来深空探测奠定技术基础，可大大节省探测成本。
“嫦娥工程”三期无人探月计划中，在第一期“绕月探测工程”实施的过程中并没有月球车的身影。
它要到第二期“落月”时才会露面，并在随后的一段时间里和第三期“返回”中大展身手。
2009年～2015年，中国将进入“嫦娥工程”第二期，届时将进行两到三次的软着陆巡视勘查，其中2012年向月面发射一个软着陆器的计划已经基本确定。
按照这一计划，软着陆器将携带载有摄像机和多种探测仪器的月球车。
在月球表面巡视勘查，为建立月球基地收集基本数据资料。
为中国探月工程做出贡献。
目前中国进行此项任务的技术实力、物资条件和经济实力都已基本具备。
第三期工程大约在2010年～2017年展开，月球车将再次登陆月球。
这一次它不仅要采集月壤和岩石的样本，还要搭乘返回舱重返地球。
月球车技术复杂顾名思义，“车”不仅要能移动，还能承载一定的重量。
在这一点上，地球车、月球车都一样。
但是，月球车的应用范围和性能要求，又与地球车大不相同。
它不但要具备在低重力情况下前进、后退、转弯、爬坡、取物、采样和翻转等基本功能，还必须具备识别、爬越、绕过障碍物、在月球上采集月壤并运载回指定地点等人工智能。
2007年3月，中科院自动化研究所专家表示：相对于美国有人驾驶的月球车技术，中国采取的是无人月球车技术路径。
基于半转步进机构的月球车移动系统的设计与分析
考文Βιβλιοθήκη 献 作者地址 ：陕西省西安 市西安科 技大学机械工程学院
邮 编 ：７０ ５ １０ ４ 收稿 日期 ：２ ０ ０ ０ ８— ４—１ ７
—
１ 李志学 ．李若松 ． Ａ Ｉ Ｃ ＴＡ实验教 程 ．北京 ：清华大 学 出
《 起重运输机械》 ２ ０ （２ ０８ １ ）
转臂为第 １ 级半转机构 ，其中２ 级转臂相当于基本
半 转机构 中的转 杆 。而 ２级转 臂与跨 步杆 构成 第 ２ 级 的半转 机 构 ，其 中 ２级 转 臂 相 当 于 基 本 半 转 机
构 中的转 臂 。
ｎ ｏ ｅ ｐ ｉ ａｉｎ． ｒ ａ ｒ ｖ ￣ｓａ ｐｌｃ ｔｏ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｌ ｎ ｒｒ ｖ ｒ ｍｏ ｉｎ ｓ ｓｅ ｙ ｒ ｓ ｕ ａ ｏ ｅ ； ｔ ｙ ｔ ｍ； ｈ ｌ ｏ ａ ｆ—ｒ ｔ ｏ ｏ ｇ ｒ ｔ ｎ ｄ ｎ ｍｉ ｈ ａ ｔｒｓｉｓ ｏ￣ｉｎ ｃ ｎ ｕ ａｉ ； ｙ ａ ｃ ｃ ａ ｃ ｅｉｔ ｉ ｆ ｏ ｒ ｃ
况 和干 涉情况 ，进 一 步 实 现 可视 化 的设 计 和 分 析 ，
３ 孙桓 ，陈作 模 ．机 械原 理 ．北 京 ：高 等 教 育 出版 社 ，
２０ ６ ｏ
对 实现并 行工 程具 有一 定 的意义 。
参
版 社 ，２ ０ ０４
４ Ｆｅ ａａ ，Ｃ ａ ｅ ｌｉ ｉ Ａ Ｉ ５使用指 南 ．北 ｒ Ｋｒ ｄ ｍ ｈ ｌｓＫｅ ｍｔ ｒ ｓ ．Ｃ ＴＡ Ｖ
基 于 半 转 步 进 机 构 的 月 球 车移 动 系统 的设计与分析 木
陕 西科 技 大 学机 电工程 学院
摘
刘建 平
嫦娥四号月球车工作原理
嫦娥四号月球车工作原理
嫦娥四号月球车是中国探月工程中的一部分，其工作原理如下：
1. 自主导航：嫦娥四号月球车配备了多种导航传感器，包括测距仪、惯性导航单元、激光扫描仪等。
它可以通过测量周围环境的几何信息和参考物体的位置，来确定自己的位置和移动方向。
2. 越障控制：月球车的底盘上配备了多个驱动电机，每个驱动电机都连接着一个轮子。
月球车可以通过控制不同驱动电机的转速和方向，实现前进、后退、转向和越障等动作。
3. 太阳能供电：嫦娥四号月球车装有太阳能电池板，它可将太阳光转化为电能，供给月球车的各个系统工作。
月球车在夜晚无法工作时，会进入休眠状态，等待太阳升起再次充电。
4. 数据传输：月球车上配备了高频和低频天线，用于与地面控制中心进行数据通信。
地面控制中心可以远程控制月球车的移动，同时接收月球车的图像、科学数据等。
5. 科学探测：月球车搭载了多种科学仪器，例如高分辨率相机、光学谱仪、矿物探测仪等。
它可以对月球表面的地质构造、岩石成分和地下结构进行详细的观测和分析，为科学家提供重要的数据支持。
总体而言，嫦娥四号月球车通过自主导航、越障控制、太阳能
供电、数据传输和科学探测等关键技术，实现了在月球表面的移动和科学探测工作。
复式履带型月球探测车
５ 月壤极 易掀起 大面积的扬尘 ， ． 对 仪器设备 的密封抗尘埃 要求 大大提高 ，
都带 来 了成 就感 ， 我 们 为 自己 感 到 骄 傲 和 自豪 。
（ 导老师： 希勇） 指 陈
本次改进工作重点
加 上 月 壤 十 分 松 软 ， 石 遍 布 ， 以 月 在车子 的重心和牢 固性 碎 所 球 探测车要有优异的越野能力。
大 量 有 关 太 空 、航 天 和 月 球 方 面 的 知
４月 表昼夜温 差超过 ３０Ｃ。月球 上行驶 ， ． ０￣ 结果发现 复式 履带具 有较好 的
越 车需要 承受 强烈 的温度 冲击 ， 在结构选 机 动性 、 野 性 能 和 攀爬 性 能 。 材 上 必 需 采 用 抗 热 应 力 形 变 的 特 种 材
而又频 繁 ，布满
凹坑 和大小各异
的石 块 。这 就要 求 月 球 探 测 车要 有 灵 活 的避 障能 力 。 具有 了抓 取 功 ．
需 太阳能装置 。 ２月球表面重力加速 度为 １２３ 即 导航 能力 ， 要安装特 制的单极 雷达和 能。又安装上单极雷达 、 ． ６ ．， 人们所熟悉 的 １ ／ ６地球重 力加速度 。重 天 线 。
它 更 属 于 一 种 航 天 器 ，除 行 走 部 分 外 ， 越 野能 力 ， 们设计 了复式 履带 ， 我 使之 心前移 了 ，但 是 明显有 头重 脚轻 的感
还有一般航天器所具有的各个分系统。 月球环境对月球车性能的要求 ：
１月 球 地 形 ．
更 能适合月球表面复杂 的路面状况 。为 觉。由此 ， 我们认 为 ， 担任为本作品中的 Ｃ 于是 我们 又 了防止 月表 的 碎石 嵌入 履带 和行 驶机 压轴的 Ｒ Ｘ应 当放在后部 ，
AADL对月球车导航系统的设计与建模
ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｃ ａ ｌ ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ＡＡＤＬ Ｌ ｕｎ ａ ｒ ｒ ｏ ｖ ｅ ｒ Ｎａ ｖ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｃｏ ｍｐｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ＯＳＡＴＥ
测量位置需要里程计 、 星 敏 感 器 以及 太 阳敏 感 器 的数 据 ， 数 据 计
体 系结构分析设计语 言 Ａ Ａ Ｄ Ｌ于 ２ ０ ０ ４年 １ １月被批准 为工
业标 准 Ａ Ｓ ５ ５ ０ ６ ， 是 一 种 支 持 文 本 和 图 形 方 式 的 建 模 语 言。
第３ ０卷 第 １ １ 期
２ ０ １ ３年 １ １月
计算 机 应 用与软件
Ｃｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ａ ｎ ｄ Ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ
Ｖ０ １ ． ３ ０ Ｎｏ ． １ １
ＮＯ Ｖ ．２ ０１ ３
Ａ ＡＤ Ｌ对 月 球 车 导 航 系统 的设 计 与建 模
组成 ， 其 中测量 系统包括 了很多测 量部件 ， 例如 陀螺仪 、 加 速度
计 以及一 系列的敏感器 ， 控制系统包括制导 、 导航与控制计 算机 （ Ｇ Ｎ Ｃ Ｃ ） 、 电源分配器 （ Ｓ Ｄ Ｃ） 等， 执行 系统 包括一 系列 的驱动设 备， 例如推力器 、 驱动机等 。
来收集各种数据 ， 数据会通 过系统 总线传 送到控 制系统 。控 制 系统会进行一 系列 的计算来确定 月球 车姿势 、 航 向和位置 ， 然 后 进行路径规划 ， 最后汇总所有 数据 通过另外 一条 总线输 出给执 行系统 ， 从 而使月球车移 动。其 中测量月球 车的姿 势需要 陀螺 仪和加速度计 的数据 ， 测量航 向需要太 阳敏感器和星历表数据 ，
面向行驶安全性的月球车行走系统FDTM总体设计
行走系统重 量约为 １ ｋ ：Ｆ Ｔ － ７ｇ Ｄ Ｍ Ｂ也采用 了Ｆ Ｔ 基 本架 构， ＤＭ 对 ＦＴ－ Ｄ Ｍ Ａ前悬架单元结构做 了改动，运用 四连杆 式平衡悬架 结 构 来代 替杠 杆 式 悬架 结构 。另外 ，采用后平 台铰接转 向
● 两平 台布 置 ：从越野 观 点看 ，车体 分段 铰接 布置 ， 可 有 效 降低 车 辆 越 障 时质 心 位 置 的浮 动 量 ， 使 得 车 辆 行 驶 更 加 “ 滑 ” 同 时 ， 也 平 。 应当考虑多平台带来 的系统复
以下 理 念 ： １ 设 计 出发 点 是 从 车 辆 地 面 力 学 出发 的 ， 科 学 的 ， 而 ） 不是 盲 目的 ；
●装 备 有 四 连杆 式平 衡 悬 架 ：尽 管 美 国火 星 车 Ｍ Ｒ Ｅ 的悬 架 被 认 为 是 经 典 之 作 ，但 它 在 火 星 上 仍然 面 临着 难 以逾 越 的障 碍 。原 因在 于 这 种 悬 架 的 动 态载 荷 分 配 不 如 静 态 均匀 。Ｆ Ｔ Ｄ Ｍ设计 的四连 杆 式 平衡 悬 架 巧妙 地 解 决 了 铰 接 式 悬 架 运动 中轴 荷 分 布 不 均 的 缺 陷 。另 一 方 面 四 连 杆 具 有 一 定 的 活 动 空 间 ， 车 轮 能 更 好 地 紧贴 障 碍物 轮廓 行驶 。实 验表 明 ，该种 悬架有 效地 避 免 了 Ｍ Ｒ悬架在 翻越 Ｅ 障碍时 的 “ 硬 ” 生 ，不 会 导致 车 轮 突 然 落 空 给 车 辆 带来 冲击 （ ４５ 。 图 － ） 针对月球 探测 的任务特 点 ，Ｆ Ｔ 还 可配置 以下额外的 ＤＭ 功 能。 ● 轮步式结合 的行走 方式：采用独立 的跨步 驱动方式 ， 这样 的行走方式可 以克服 ３ 。的斜坡 。 Ｏ ●具有 展开能力 ：也即底盘在运输 状态时成锁紧状态 ， 在 工作状态时 ，可展开至运输状态 的 ２ ３倍体积 ，从而提高 ￣ 行 驶的稳定性 和越野 的通 过性能 （ ） 图６ 。 根据行走系统 的总体选 型分析 ，我们设想 了基于 Ｆ Ｔ 行 ＤＭ 走 系统的三种 构型 （ ７ 。 图 ）
月球车行走性能地面模拟实验方案设想
月球车行走性能地面模拟实验方案设想任露泉１贾阳２李建桥１王荣本１柳忠尧２（１吉林大学，长春１３００２５）（２中国空间技术研究院，北京１０００９４）摘要论证了与月球车行走性能密切相关的地面机器系统研究厦建立月球地面模拟实验方案．通过研究对象、科研机构的综述，阐述了地面车辆系统研宄历史、现状厦其与月球车的关系。
根据地面车辆系统的研究方法，进行了包括月球环境模拟和月球地表特征模拟的月球地面模拟实验设计，提出进行月球车自主导航路径规划室内实验、月球丰环境适应性实验等月球车相关实验研究方法，并进行了实验条件建设方案初步设想，以期建设地面实验基地，为登月车行走性厦作业能力的试验研究提供实验备件和基础实验数据。
关键词月球车。
行走性能。
地面车辆系统，模拟实验。
日Ⅱ吾随着我国月球探测工程和深空探测的逐步实施，各种登月机械设备的研究已经相继展开，为在月球或者其他星球表面作业、行走的机械提供试验场地和评估方法手段势在必行。
本文就与此密切相关的地面机器系统研究及建立月球地面模拟实验室展开论证，以期为登月车行走性及作业能力的试验研究提供实验条件，为这些装备的改进设计提供基础实验数据。
１地面车辆系统研究及其与月球车的关系１．１地面车辆系统的研究对象地面车辆系统的研究对象为在非路面（ｏｆｆ－ｒｏａｄ）＆行走或作业的车辆，如在沼泽、滩涂上行走的装甲车（图１），在雪地上通过的越野车（图２），研究这些车辆在软路面的通过性、机动性、动力性等。
图１装甲车的沼泽越野性试验图２雪地车通过性试验与常规的路面车辆研究不同，软路面车辆研究必须将地面与车辆作为一个系统进行研究【１Ｊ。
因此，地面特性及其与车辆的相互作用关系是本学科的研究重点和特色，研究内容包括地面、机械、车辆、动力、能源、通讯、控制，涉及机械、材料、电子、化学多学科的专门理论与技术。
近年来，与登月车相关的研究包括松软地面作业机械的仿生减阻［“，软路面车辆动力性ｒ３３及地面车辆动态特性测试设备与方法‘４，”。
载人月球车的设计方案
载人月球车的设计方案
载人月球车是一项旨在实现人类登月目标的重要工程，其设计方案应充分考虑行驶、搭载、通信、安全等方面。
以下是一种可行的设计方案：
首先，载人月球车的行驶装置应具备足够的机动性和适应性。
车体应采用轻质材料制造，以达到降低整个车辆重量的目的。
悬挂系统使用独立悬挂，可以适应月球表面的不平坦地形。
车轮应具备合理的直径和足够的胎压，以确保在月球无大气环境和重力条件下的良好行驶性能。
其次，载人月球车应具备适当的载人、搭载物资的能力。
车辆内部空间应为乘员提供适宜的活动空间，并配备舒适的座椅和保护设备，以确保载人乘坐时的安全性和舒适性。
同时，车辆应具备充分的存储空间，以携带所需的科研设备、行走工具、燃料、食品和水等物资，以满足人类在月球上的日常需求。
第三，通信系统是保证载人月球车与地球通信的关键。
车辆上应配备有效的通信设备，包括高频和低频传导天线，以及卫星通信和无线电通信设备。
这些设备可以保证载人月球车与地球的稳定通讯，及时传回有关月球环境和科研数据。
最后，安全保障是载人月球车设计中最重要的环节之一。
车辆应配备氧气供应系统和滤污设备，以保障乘员在月球无大气环境和重力条件下的供氧和呼吸需求。
此外，车辆应配备火灾报警系统、防火设备和紧急逃生装置，以应对各种紧急情况。
总之，载人月球车的设计方案应充分考虑车辆的行驶、搭载、通信和安全等方面。
通过合理的车身设计、适应性的行驶装置、完善的通信系统和安全保障措施，可以确保载人月球车在月球上的安全行驶和有效实施科学任务。
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。
设计项目_设计原理与方法Ⅱ
【设计项目_设计原理与方法Ⅱ】
SEU-QRM
40
设计原理与方法
Principle and Method of Design
质心合成速度变化曲线
【设计项目_设计原理与方法Ⅱ】
SEU-QRM
41
设计原理与方法
Principle and Method of Design
(2) 提出一种月球车行走系统实现原理与结构方案，确定传 动系统、执行系统方案，完成机械系统总体方案设计；
(3) 按总质量不超过 50kg 、移动速度不小于 0.1m/s ，并估计 摩擦等载荷，进行电机选择计算【建议采用 Maxon 直流 伺服电机，配Maxon行星齿轮减速器】；
(4) 机械系统主要尺寸参数设计计算（主要环节的运动尺寸， 传动比，转速，转矩，功率等）；【注；不必进行传动 机构的工作能力计算】
③ 腿式行走机构
【设计项目_设计原理与方法Ⅱ】
SEU-QRM
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设计原理与方法
Principle and Method of Design
【设计项目_设计原理与方法Ⅱ】
SEU-QRM
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设计原理与方法
Principle and Method of Design
3. 月球车行走系统建模与仿真分析实例
Principle and Method of Design
【设计项目_设计原理与方法Ⅱ】
SEU-QRM
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设计原理与方法
Principle and Method of Design
【设计项目_设计原理与方法Ⅱ】
SEU-QRM
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设计原理与方法
Principle and Method of Design
探月工程 月球车工作原理与中华牌月球车
探月工程月球车工作原理与中华牌月球车“月球车”全名为“月面巡视探测器”，是集航天系统工程和智能机器人为一体的航天器，能完成月球探测、考察、收集和分析样品等复杂任务。
月球软着陆器通过反推火箭缓冲，在月面上徐徐降落，舱门打开，自动弹出斜梯。
月球车缓舒展开蜷缩的身体，调整好姿态，走出舱门，滑下斜梯，开始漫步月球……被誉为“嫦娥之父”的中国科学院院士、中国月球探测工程首席科学家欧阳自远曾这样描述中国月球车将来登临月球的场景。
我国今年下半年将发射首个月球着陆探测器――嫦娥三号。
备受外界瞩目的是，此次嫦娥三号的发射将搭载一部由我国自主研制的“中华牌”月球车，并首次实现与月球的零距离接触。
“月球车”全名为“月面巡视探测器”，是集航天系统工程和智能机器人为一体的航天器，能完成月球探测、考察、收集和分析样品等复杂任务。
中华牌月球车整装待发中华月球车由航天科技集团第五研究院主要负责研制，自重120公斤，可载重20公斤，寿命为3个月，可在月球上3公里范围内连续行走10公里，具有自动避障等功能。
由于月球表面没有空气，因此月球车下降时需要开启发动机，一边落一边往上推，慢慢落至距月球4米的位置，熄灭发动机，仪器将采用自由落体的方式，软着陆在月球上。
同时，中华月球车将实现自主导航，并能指挥仪器进行操作，最后把数据传回地球。
月球车底下还装有测月雷达，将切开月球下面100米深度的地方进行探测。
中华月球车上有两个太阳仪，其中一个可自由旋转，寻找太阳位置，吸收热量进行发电；另外一个则可以盖在车身上减少热量散发。
中华月球车采用“六轮摇臂式”行走机构，各只轮子可同时适应不同高度，是一位“爬行高手”。
此外它还有一条机械臂，能在月壤、月岩中勘探取样，供现场检测。
同时，中华月球车将太阳能和核能作为能源。
由于月球昼夜间隔大约相当于地球上的14天，所以当黑夜降临时，为防止车载仪器被零下100多摄氏度的低温冻坏，月球车必须要核电池的能量来保温，并维持与地面的通讯。
月球车设计报告
4.1 模拟路况的建立 ....................................................................................................... 17
设计原理与方法 2—月球车行走系统设计与分析
设计原理与方法Ⅱ
--月球车行走系统设计与分析
学生学号：02011310 学生姓名：石卓 指导老师：钱瑞明 完成日期：2014 年 6 月 27 日
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设计原理与方法 2—月球车行走系统设计与分析
摘要
近年来，月球探测工程越来越成为世界关注的工程，而月球车是月球探测工 程的重要组成部分,也是实现月球探测目标不可缺少的重要媒介。月球车已经成 为国内外行星探测机构研究的一个热点。本篇文章针对月球的复杂地形环境,利 用 solidworks 软件、ADAMS 软件建立六轮摇臂- 转向架式月球车的三维仿真模 型,对其进行动力学仿真分析,获得月球车各部件和整车的动力学特性曲线,为月 球车控制系统的设计与数值计算提供理论依据.同时也建立各轮转角参数关系和 力学关系并研究月球车的越障能力。 关键字：月球车 六轮摇臂 adams软件
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一、设计任务及要求
设计原理与方法 2—月球车行走系统设计与分析
1.1 设计任务
(1) 查阅相关资料，了解设计背景及要求，熟悉相关设计、分析方法及软件 使用；
(2) 提出一种月球车行走系统实现原理与结构方案，确定传动系统、执行系 统方案，完成机械系统总体方案设计；
(3) 按总质量不超过 50kg、移动速度不小于 0.1m/s，并估计摩擦等载荷进行 电机选择计算【建议采用 Maxon 直流伺服电机，配 Maxon 行星齿轮减速 器】；
太阳能动力四轮月球车模型设计
设计者：许舟洋指导教师：朱勋梦物理与信息技术系 2012级太阳能班模型机构设计目标与组成结构:（1）目标模仿月球车在月球上行驶，翻越障碍物，而且能实现利用太阳光为月球车的蓄电池充电的功能。
运用相关的制图软件，例如AutoCAD制图软件，对所制作月球车的造型和月球车应具备功能进行设计。
所需材料有：小木板、4个车轮、2块太阳能电池板(3V 4W)、小电机(1V 2W)、长轴承、短轴承、蜗轮蜗杆减速度齿轮组、电池盒、开关、导线。
（2）组成结构一、车体车体以木质为底盘，运用AutoCAD制图软件设计好尺寸，用小木片按尺寸要求加工好模型车的车体底盘。
二、动力系统本模型车采用四轮触地，前轮驱动模式前进。
通过一个电机(1V 2W)来转动蜗轮蜗杆减速齿轮组，蜗轮蜗杆减速齿轮组驱动前轮向前匀速缓慢滚动，同时通过蜗轮蜗杆减速齿轮组的速度转换，也使得前轮的扭力加大，可以达到翻越障碍物的动力要求。
减慢模型车的前进速度也是为了使太阳能电池板能够得到太阳光的照射时间更长，从而获得更多的电能。
三、太阳能发电电池板与电池板支撑架太阳能电池板采用多晶硅太阳能电池板(3V 4W)，为了满足给蓄电池充电, 本模型用两块输出电压分别为3V太阳能电池板串联，这样理论上就有6V的充电输出电压给3V的蓄电池组充电。
支撑架也为木质，运用AutoCAD制图软件设计，支撑架采用水平方向与竖子方向都可活动的设计，使得太阳能电池板可以全方位的接收太阳从不同角度照射的光线。
四、供电与充电系统本模型车动力能量来源于输出电压为3V可充电的蓄电池组。
蓄电池组在没有足够电量时，可由太阳能电池板为其充电。
根据充电的原理，在给本模型蓄电池组充电过程中，太阳能电池板输出的电压必须大于蓄电池组输出电压，方可顺利充电。
同时，为了防止蓄电池组反充回太阳能电池板，造成能量损失，太阳能电池板的输出电压处必须串联一个二极管。
模拟实物连接图等效电路图。
载人月球车概念设计
深 空 探 测 研 究
ＤＥＥＰ Ｓ ＡＣＥ ＥＸＰＬ Ｐ ＯＲＡＴ ０Ｎ １
Ｓｅ ｔ ２ ０ ｐ ． ０１ Ｖ０ ． ８ Ｎｏ ３ １ ．
第８ 卷
第 ３期
载 人 月球 车 概 念 设 计
哈 尔滨 工 业 大 学 邓 宗全 范雪兵 高海 波 丁 亮
右 Ｊ 。使 用 改性 Ｐ ｌｍ ｄ 为 月球 车 、设备 不 与 ｏ ｉｅ作 ｙ 地 面 直 接 接 触 的 外 壳 材 料 可 以 减 少 月 尘 的 粘 附力 。
器 』 ９６年 ， 日本 提 出 了建 造 永 久月 球 基 地 的 。１９
计划 ，预计投资 ２０多亿美元 ，在之后的 ３ ６ ０年之
因月球表面没有大气 和磁 场的保护 ，低能量 的 太 阳风 、高能量 的宇宙 射线和太 阳耀斑粒 子等直接
辐射到月球表面 ，易产 生溅蚀 、电离 和聚合 ，毁坏 月球车结构和 电子部件 。月表的超真空环 境 ，也使
月尘可高达 ２ 。而且月球车行驶速度越快，扬起 ｍ
的月尘 越严重 。 ２ ２ 温 度的影 响 ．
Ｎ Ｓ Ａ Ａ开展 了称 为 “ 球 前 哨 ” 的 概 念 性 月 面 体 月
系的研究 ，包 括 月 面 能 源 、月 面通 信 、居 住 地 、 用 于载人 与科学 研 究 的 月球 车 以及 原 位 资 源 利用
月 尘具 有很 强 的粘 附 力 ，极 易粘 着 和堆 积 到 各 种接 触 到 的 装 置 上 ，包 括 宇 航 员 的靴 子 和 手 套 、月球 车 、散 热 器 、太 阳能 电池 板 、照 相 机 镜
构堵 塞 、材料 磨 损 、热 控 制 、吸入 和 过 敏 等诸 多 问题 ，并 且无 法 通 过刷 子 等 工 具 清 除 ，给 载人
月球车实验用例分析
月球车需求分析1.功能需求1)用例名：月球车移动至指定位置执行者：控制者基本交互动作序列：1.控制者指定目的坐标；2.系统规划从当前位置到达指定位置的最佳路径;3.系统发出移动指令，月球车按照最佳路径向指定方位移动；4.在移动过程中拍摄当前位置的画面并传回控制者；扩展交互动作序列：4a控制者发出暂停指令4a.1系统暂停目前的移动；4a.2系统等待下一步的指令；4a.2.1控制者提供新的目的坐标，返回至2；4a.2.2控制者发出继续移动的指令，返回至3；2)用例名：探测环境条件执行者：控制者基本交互动作序列：1.控制者发出探测指令；2.月球车移动至指定位置；3.系统发出探测指令；4.对应的探测部件执行探测动作；5.系统将探测到的信息返回给控制者；3)用例名：采集样本执行者：控制者基本交互动作序列：1.控制者发出采集指令；2.月球车移动至指定位置；3.系统控制月球车的机械臂采集一次样本；4.采集完毕后，月球车将采集到的样本放到储存箱；4)用例名：对指定位置进行拍照执行者：控制者基本交互动作序列：1.控制者发出拍照指令；2.系统自动选定5处拍照的最佳位置；3.月球车移动至指定位置；4.系统控制照相机进行全景拍照；5)用例名：执行控制脚本执行者：控制者基本交互动作序列：1.控制者编写完整的控制脚本程序；2.系统接收脚本程序，并检查控制脚本程序的合法性；3.依次执行控制脚本程序中的每条指令，直至执行完毕；3.1执行指令为“移动至指定位置”，则移动至指定位置；3.2执行指令为“探测环境条件”，则探测环境条件；3.3执行指令为“采集样本”，则采集样本；3.4执行指令为“对指定位置进行拍照”，则对指定位置进行拍照；扩展交互动作序列：2a控制脚本程序不合法2a.1系统向控制者报告脚本程序无法执行；2a.2系统返回出错位置和原因信息，返回执行1；2.非功能需求1.2.控制端与月球车初次建立连接时间小于15 s ;3.4.从月球车接收到指令到执行指令，时间间隔小于3s ；5.系统可靠性高，不会出现数据丢失现象；6.系统需要提供安全稳定的性能，在硬件无故障的前提下，软件正常运行时间比例在99%以上；7.控制者发出的指令均进行加密传输，防止被劫持；8.软件整体占用空间小于1G；9.软件运行内存占用空间小于500MB；10.系统宕机时,能自行检测，并且数据能自行恢复；11.专业人员在用户说明文档的帮助下，可以顺利使用本系统。
基于半转机构的月球车及其半转机构的干涉研究
月球车必须遵循航天器 的设计原则 ， 属于机器人技术， 无论它是轮式的、 履带式的还是腿式的， 都应具有 前进、 后退 、 转弯、 爬坡、 越障、 取物和采样等基本功能。近年来 ， 国内一些学者在月球车研究开发方面开展 了 大量工作且取得不少成果 ， 达到了一定水平【１ 】。轮式移动系统在相对平坦的地形中具有相当的优势 ， － ４ 大多数 研究者倾向于将月球车的移动系统设计成轮式结构 。 但 轮式结 构月球 车在 松软 的月 球表 面上 行走存 在着 不
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａ ｅ ｙ ｅ ｏ ｂｌ ｙｔｍ ｆ ｈ ｌ－ ｒｔｔ ｇ ｍｅ ｈ ｎｓ ｉ ｉｔ ｄ ｃ ｄ ｆｒ Ｌ ｎ ｒ ｒｖ ｒ ｎ ｔ ｎ ｗ ｔｐ ｆ ｍｏ ｉ ｓ ｓ ｅ ｅ ｏ ａｆ ｏａｉ ｃ ａ ｉｍ ｓ ｎｒ ｕ ｅ ｏ ｕ ａ ｏ ｅ，ａ ｄ ｉ ｎ ｏ ｓ
作者简介： 余晓流（９ ２ ） 安徽岳 西人 ， １６一 ， 男， 博士， 教授， 究方 向为机 器人学 ， 制造学 ， 研 机械 测量学。
维普资讯
第３ 期
ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｎ ｃ ａ ｉｍ ｅ ｒ ｍ ｅ ｃ ｂ ｄ Ｂ ａｙ ｉ ｇ ｉ ｈ ｔ ｎ ｃ ａ ｔｒｓ ｃ ｎ ｅ ｍｅ ｈ ｉｍ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉ ａ ｄ ｍｅ ｈ ｓ ｔ ｏ ｅ ｉ ｄ ｓ ｒ ｅ ． ｙ ａ ｌ ｚ ｓｔ ｅ ｍｏｉ ｈ ｒ ｃ ｅ ｔ ｓａ ｄ ｔ ｃ ａ ｓ ｉ ｃ ｎ ｈ ｓ ｉ ｎ ｎ ｔ ｏ ｉ ｉ ｈ ｎ ｉ ｔｒ ｒ ｆｔ ｅ ｈ ｌ— ｏ ａ ｉ ｇ ｍｅ ｈ ｉｍ， ｈ ｒｔ ａ ｏ ｄ ｔ ｎ ｏ ｅ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｉ ｔｒｅ ｅ ｉ ｈ ｔｔ ｅ ｒ ｔ ｔ ｏ ｅ ｎ ｅｆ ｅ ｏ ａｆ ｒ ｔ ｔ ｃ ａ ｓ ｔ ｅ ｃ ｉ ｌｃ ｎ ｉ ｏ ｆ ｔ ｃ ａ ｉｍ ｎ ｅｆ ｒ ｓｔ ａ ｏａ ｅ ｐ ｌ ｅ ｈ ｎ ｎ ｉ ｃ ｉ ｈ ｈ ｌ ｎ ｔ ｓｓ ｕ ｒ ｏ ｆｔ ｅ ｓ ｃ ｎ ｏ ａｅ ａＴ ． ｅ ｇｈ ｉ ｑ ａ ｅ ｒ ｔ ｅ ｏ ｄ ｒ ｔｔ ｌ １ ｏ ｏ ｈ ／
月球车
三、月球车机电系统关键技术
2.月球车设计开发应注意的特点
（1）体积小、重量轻、低功耗
星际飞行过程中，月球车至于飞行器携带 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。美国的“索杰纳”号火星探测车体积 仅 4 35cm 60 ，自重仅11.15kg。
3.世界较著名月球车介绍-Nomad（流浪者 ）
Nomad由美国CMU大学研制，质量为
550kg。 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。
3.世界较著名月球车介绍-FIDO
美国JPL正在研制一种高度自主的火星漫游车
Athena，质量60kg，主要用于火星采样返回， 于2003年发射，FIDO是Athena地面样机，其 主要任务是（1）远距离运行与科学探测； （2）岩石和土壤的采样返回。 机械结构：FIDO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。 几何参数：外形尺寸为100cm×80cm×50cm。 有效载荷：包括一个四自由度桅杆，桅杆上 装有一台全息立体相机；一个四自由度的机 械臂，机械臂上安装有一微型相机和一个莫 氏分光计；在车体的前下部还装有一个小型 的样本挖掘器；另外，在车体前后部各有一 台广角立体相机，可用于避障。
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月球车行走系统设计
02011509——姜晓文
方案总体设计
◆1、车轮设计——普通车轮
◆2、悬架设计——双曲柄滑块联动悬架
◆3、车体设计——差速轮系
◆4、驱动电机和减速器——直流电机和行星齿轮减速器
车轮设计
普通车轮：普通轮系通常采用包容结构, 对直线牵引、转向驱动、检测等功能模块进行一体化设计与制造, 减少质量和增强可靠性。
行星车轮：越障能力强, 且有一定的地面自适应能力,但转向只能通过差速实现, 不如普通轮系灵活。
选择采用普通车轮，保证转向的灵活。
双曲柄滑块联动：相比于摇臂式的悬架，获得较好的越障能力和行走的平顺性。
选择采用双曲柄滑块联动悬架，保证一定的越障能力。
车体设计
差速轮系：车体采用差速轮系与左右车体固联，均化车体的俯仰角。
采用差速轮系，保证车体行驶的平稳性。
驱动电机和减速器
设计牵引电机和转向电机分别实现行走和转向。
牵引电机：采用直流电机和行
星齿轮减速器
转向电机：采用直流电机和行
星齿轮减速器和蜗轮蜗杆
◆车轮尺寸
◆悬架结构尺寸
◆电机的选择和行星齿轮减速器的传动比
——设计要求
◆最大外形尺寸：900mm(长)×600mm(宽)×450mm(高)；
◆总质量不超过50kg
◆移动速度不小于0.1m/s
——月球地面情况的参考信息
◆1~3米的月球车大概会遇到25°斜坡，15~20cm高的障碍。
（可以一这个数据建立月球表面的模型和为满足一定的越障能力确定悬架的尺寸）
◆月球表面的滚动阻力系数0.35左右。
（结合月球表面的路面情况（干沙和坑洼）估计，还未在文献中找到可以参考的数值）
◆参考车轮的大小直径220mm 宽度100mm。
（车轮的直径大小会影响车轮转速和所需要的扭矩）
——悬架尺寸的设计
要满足前后轮的20cm的越障高度。
主摇臂：235mm
连杆1：234mm
连杆2：234mm
曲柄1：158mm
曲柄2：158mm
——电机和减速器的传动比的设计
驱动力的计算：
车的行驶阻力=滚阻+坡阻
F=F f+F i=Gφ=G(i+f)=mg(i+f)/2；月球上重力加速度g=1.63m/s^2
坡度i=tanð；倾斜角ð；滚阻f；
驱动力=行驶阻力
F t=F；空载质量50kg
预计月球车的最大载荷为100kg F=100X1.63X（0.35+0.46）/2=66.015N
驱动力F t=66.015N
——电机和减速器的传动比的设计
电机的选择计算：工作功率
P t=F t v (w)；
电机的功率
P=P t/η;
η传递效率；
根据P值选择电机工作功率：
P t=F t v =6.6015.X0.1=6.602(w) MAXON行星齿轮减速器的传递效率
η1=0.65
联轴器的传递效率η2=0.98
η=η1Xη2Xη2=0.62426
P=6.602/0.637=10.58w
选取额定功率为15w的Maxon伺服电机型号为：267121
额定电压：24v
额定转速：2800r/min
方案的具体设计
——电机和减速器的传动比的设计
行星齿轮减速器选择：
车轮半径R
车轮转速n=60v/(2piR)
传动比i=额定转速/车轮转速根据传动比选择减速器车轮半径：110mm
车轮转速
n=60X0.1/(2piX0.11)=8.68r/ min
传动比i=1210/8.68=244
选择Maxon行星齿轮减速器型号：218418
减速比为256：1
能够承受的最大扭矩为：
0.15Nm
◆悬架的设计基本完成
◆牵引电机和行星齿轮减速器的计算已经完成
◆接下来的进度：
◆悬架的进一步计算（根据悬架的受力来确定悬架的截面宽度）◆转向的设计
◆构建三维模型。