月球车悬架设计要求
新型八轮双摇杆摇臂扭杆月球车悬架设计
月球车性能指标可以用最大平均压力（ＭＭＰ） 来表示，ＭＭＰ指示月球车在探测位置土壤中的运行 能力，而且最大平均压力越小越好．对于轮式移动车
ＰＭ ，＝２黑Ｎ 辆最大平均压力定义１６０如下： ｏ ｓ ｓ ０ ４＂（１３）
式中：睨为车重，Ｊ７￣ｒ车轮数，６。为车轮宽度，６。加载 后车轮的变形量．
性分析时，应当考虑轮地接触的情况，尤其是软地面
引起的具体尺寸的变化．从而得车轮外型尺寸与最
大翻转角和侧倾角之间的量化方程：
厶ｒ＋ｌ。≥２ｔａｎ ｎ册。。·（日＋ｈ＾），
（５）
￡Ｂ＋乙≥２ｔａｎ卢曲。。。·（Ⅳ＋ｈ＾）．
（６）
式中：Ｚ。、毛表示在设计时由于悬架变形而考虑的安
全尺寸，ｈ。为考虑到土壤的松软性而引入的安全尺
ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｂｅｈｉｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｒａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ ｖａｌｉｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｕｎａｒ ｒｏｖｅｒ；ｃｈａｓｓｉｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ；ｃｏｎｃｅｐｔ ｄｅｓｉｇｎ
月球表面约有３３ ０００个月坑，小的直径只有几 十厘米或更小，大的直径可达２００ ｋｍ，月坑的深度 差别很大，从几十米到几公里．月坑内侧很陡，介于 ２００～５００，平均３５。；外侧平缓，介于３０～５０，平均为 ５。．为了能够使月球探测车在如此恶劣的月球环境 中安全可靠的行驶作业，高质量地完成探测任务，月 球探测车移动系统构型起着至关重要的作用…．虽 然世界各国包括中国都设计出了不同类型的月球车
Ｃｈａｓｓｉｓ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｌｕｎａｒ ｒｏｖｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｄｕａｌ ｒｏｃｋｅｒ－ｂｏｇｉｅ ａｎｄ ｔｏｒｓｉｏｎ ｂａｒ
主被动结合式月球车悬架设计
：
关键词 ： 月球车 ； 行驶稳定性 ； 铰接式悬架； 平衡悬架
ｉ
【 ｂｔａｔ Ｌ ｎｒ ｏｅ ｉ ｕｕｌ ｏｅ ｙｒ ｏ ｒ ｅ ｉａｔ ｏ ｏ ａ ，ｈ ｈ ｏ ｎ ａ ｐｏ 一 Ａ ｓ ｃ】 ｕ ａ ｒ ｒｓ ｓａｙｍ ｖｄｂ ｍ ｔ ｏ ｓｍ －ｕ ｎｍ ｕ ｗ ｙｗ ｉ ｔ ｔ ｒ ｒ ｖ ｌ ｅ ｅ ｏ ｓ ｃｐ ｅｉ ｌ ｂ
；
【 要】 摘 月球车采用遥操作或半 自 主的移动方式， 这种方式潜在的问题是对于周围环境信息收干因地形起伏不平而隐蔽的不可通过障碍物 ， 从 造成重心失稳 ， 并导致倾 ；
；覆 ， 进而使其面临危险。 如何提 高地形适应能力是 月球车移动 系统设计考虑的首要 问题 ， 通过对 自 主研 ：
制 的 Ｆ Ｔ 型 月球 车行 走 系统 的优 化 设计 ， 出一种 新 型主被 动结合 的 月球 车 悬 架方案 ， 案采 用 空 ＤＭ 提 方
ｉ间三点支撑结构， 两个支撑点动态调节即可实现三 自由度姿 态调整 ， 月球车在未知环境下的行驶 ： 通过 使
÷稳 定性 和抗倾覆 性显 著提 高。 ÷
：ｅ ａｔｗｉ ａ ｌｄｏ ｅｕ ｉ ｎ ｖ．ｅｆｅｈ ｍｉ ｒｌ ｖｔｃ 一 ｚｏｒｉ， ｃ ｍｙｅ ｒｒｎｏｔ ｌａｒｅＴ ｒｏ ，ｅ ａ ｏｅ ｗ ｈ ｅｏｏ ： ｒｇｖｙ ｈｈ ａ ｔｏ ｔｎｇ ｈ ｕ ｏ ｒｈｅｒｔ ｎ ｂｍ ｅ ａ ｎ ｖ ｆ ｅ ｒ ｐ
÷ｓ ｅ ｓｏｌ ｂ ｏ ｈｎｅｉ ａ ｉ ｙ ｏ ｄｐ ｅ ｅ ａ ． ｔ ｉｎ ｓ ｎ ｏ Ｆ Ｄ ｏｅ ｒ ｅ ｉ ｒ ｈｕ ｈｗｔｅ ａｃ ｓ ｂ ｉ ａｔｏｈ ｒ ｉＢ ｏ ｉ ｚ ｇｄ ｉ ｆｒ Ｔ Ｍ ｍ ｄ ａ ｌ÷ ｄ ｄｅ ｏｎ ｔ ｌ ｔａ ｔｔ ｔｒｎ ｙ ｐ ｍ ｉ ｅｇ ｔ ｔｖ ｓｓ ｍ， ｗｃｍ ｉ ｔ ｎ ａｔｅ ｄ ａ ｉ ｕ ｅｓ ｎｏ ｔ ｎ ｖｒ ｅｅ ｐ ｄ ｉ ｗ ｉ ａ ａ ； ｙ ｅ ａ ｅ ｂｎ ｉ ｃｖ ｓ ｖ ｓ ｐ ｎｉ ｈ ｌ ａ ｒ ｅ ｉｄｖｌ ｅ ， ｈ ｈｓｔ ｌ ｔ ｎ ｏ ａｏ ｏ ｉ ａ ｐ ｓ ｅ ｓ ｆ ｎ ｏ ｆ ｅ ｕｒ ｏ ｓ ｏ ｎ ｃ ｐｉ
太阳能电池驱动的月球车设计
【 关键词】 月球车； 太阳能； 电池驱动 【 作 者简 介】 曲婧 （ １ ９ ９ ０ ． ６ 一） ， 女， 山东蓬莱人 ； 教师 ， 硕士 ； 研究方 向： 车辆工程 【 通 讯作者】 曲婧 （ １ ９ ９ ０ ～） ， 女， 教师， 硕士 ； 研 究方向 ： 车辆 工程
一
、
引 言
（ 四） 具有灵 活的越 障、 避 障能 力。月 球月 表貌复杂 ， 到 处 都是尘埃和石块 ， 并且还存 在 陨石 坑 、 断层 、 月山等 。因而 要 求月球车要拥有 良好的越障 能力 和通 过性能 。除此 之外 ， 月球车还应具有防尘 、 抗磁 、 抗 辐射等能力。
少了质量 ， 优 化 了空 间 ， 同时 有利 于 降低 月球 车 整体 重 心 。
月球 表面多尘埃和砂 砾 ， 如果 车轮设 计成 光滑 平 面 ， 根 据汽 车理 论知识 可知 ， 光 滑 的车轮在 松 软的月 球土 壤 中滚动 ， 车
轮 附着力 会大大降低 ， 所 以设计的车轮上带有一定的条纹 ，
些机构功能发生故障时 ， 能够进行 自我调整 ， 不受 影 响， 继续
进 行工作。 （ 四） 动臂有 限元 分析 。动臂 的分析相似 于斗杆 ， 只要进 行正 确的约束和力 的施加 ， 都 能得 到应 力 云 图与变 形云 图。
产生 的地方 ， 进行受力分析 ， 为进 一步有 限元分析 提供依据 ； 通过 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ对工作装置进行有限元静力学分析 ， 得 出应力较 大 的地方是动臂 与底座 铰接处 区域 和动臂 与 斗杆 油缸 相连 接轴套附近 区域 ， 斗杆与动臂铰接处和 斗杆油缸 与斗杆 铰接 处； 变形集 中出现在 动臂 与斗 杆铰接端 ， 斗杆 中间部 分 ， 因为
２ ０ １ ７年 第 １ ６ 卷 第 ４ 期
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。
新型八轮月球车悬架的研制
万方数据 万方数据２００８年７月高海波等：新型八轮月球车悬架的研制臂连接；副摇臂上安装２个中间轮，副摇臂通过铰链与后主摇臂的前端连接；后主摇臂的后端连接１个转向机构，该转向机构与后轮相连；摇臂连接杆和摆杆通过铰链将前、后主摇臂连接在一起，摇臂连接杆通过差动机构与车载平台相连，摆杆位于主摇臂的上方。
图３方案２的单侧悬架结构示意图方案２的悬架具有以下优点。
（１）结构对称，重力在各轮上均匀分配，电动机驱动功率一致。
（２）８个驱动轮与月面接触，接地比压小，有利于减小行驶阻力。
（３）主车体由差动装置与悬架相连接，可调节月球车两侧驱动轮接触不同地形差异，保证其主车体承受两侧悬架扰动的均值，增强了主车体姿态的平稳性。
方案２的悬架具有的缺点：悬架较复杂。
１．２两种八轮悬架方案的仿真比较用ＡＤＡＭＳ软件进行仿真分析，为使两种方案具有可比性，设定以下仿真原则。
（１）两种方案ＡＤＡＭＳ模型的最大三维包络尺寸相同。
（２）每个驱动轮驱动力矩相同。
（３）车载平台质量相同。
（４）车轮均采用光滑驱动轮，轮径、质量均相同。
（５）车体最小离地间隙相同。
（６）仿真的路面条件相同。
１．２．１双侧车轮同时跨越垂直障碍比较垂直障碍是各种障碍路面中条件最恶劣的一种，通过比较跨越垂直障碍的情况，能够反映两种方案越障性能的优劣。
判断依据：在相同条件下相同时间内，在同一设有垂直障碍的路面上行驶的距离越长说明越障越容易，即越障能力越强。
方案ｌ在ＡＤＡＭＳ中仿真完毕后从其后处理文件中可得到时间位移曲线，如图４ａ所示，５０Ｓ后的位移是２８５５ｍｍ；同理，方案２的时间位移曲线如图４ｂ所示，５０ｓ后的位移是３２４８ｍｉｎ。
３·３‘吕２·≥２．彗－．１·Ｏ．图４质心位移曲线图比较两种方案模型越障的结果，方案２在５０Ｓ内通过的距离大于方案１，而且当障碍高度提高后，通过仿真发现，方案１的越障能力远不如方案２。
因此，方案２的越障性能强于方案１。
月球车行走系统设计
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=0.98η=η1Xη2Xη2=0.62426P=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。
三角形轮组式月球车
1）重力：月球重力是地球的1/6，那便意味着，质量为 50千克的东西，在地球上所受重力约500牛。到了月球表 面则变成约80牛。 2）路况：月球表面崎岖不平的路面，有石块、有陨石坑， 还有坡。 3）环境：尘土干扰 4）电力供应：月球的自转引起月面的昼夜变化。月球上 一天的时间，大约相当于地球上的27天略多。因此，月球 昼夜间隔大约相当于地球上的14天。 5）温度：在月球的一个自转周期内，温度相差可以达到 310℃。 西南交通大学
翻越障 碍电机
每组轮系采用三 个车轮组成三角形。 每个车轮都由电机单 独驱动、加速、制动。 这样能增加车的稳定 性、安全性以及翻越 障碍的能力。 然后每个车轴都有 一个电机单独驱动。 当遇到障碍物需要翻 越时，此时该电机工 作带动三角形轮系转 动翻越障碍。
西南交通大学
牵引电机
三角形轮系
2、转向系的设计
月球车设计思路
设计思路：了解月球上的各种恶劣因素， 然后了解月球车在月球上运行时需要客服 的种种外部条件，最终设计出适应在月球 车上运行的月球车。 设计目标：客服月球上各种恶劣因素，从 而达到月球探测车在月球上安全顺利的长 时间运行。
西南交通大学
三、设计结构说明
1、三角形轮系的 设计
该设计是为了客服 月球表面复杂多变的路 况。
3、电机
车上所有电机都采用 直流伺服电机。这样电 机就能达到独立的变速 与匀速运动。
4、车轮与联轴器
联轴器为滑块式联 轴器。
联轴器
西南交通大学
5、圆锥齿轮
圆锥齿轮改变旋转方 向。
转向节
6、转向节
转向 拉杆
西南交通大学
7、空气弹簧：纵向减震器，减小车体 与车身之间因路面不平整产生的震动。
载人月球车设计研究——以“乂”号载人月球车为例
技术与实践INDUSTRIAL DESIGN 工业设计 / 159载人月球车设计研究――以“乂”号载人月球车为例RESEARCH ON THE DESIGN OF MANNED LUNAR ROVER—TAKING "YI" MANNED LUNAR ROVER AS AN EXAMPLE哈尔滨工程大学机电工程学院 黄绍帅（通讯作者） 杨建国 苟志明3载人月球车的现存问题目前载人月球车存在以下几方面问题：(1)低重力环境下存在安全问题。
在1/6 g 地球重力下高速行驶时，车体起伏与在地面相比较大，当高速移动时遇到障碍时，由于惯性原因，车轮会暂时腾空，造成车辆的危险；同时高速行驶时可能产生的侧翻、碰撞等问题，也会对探月任务造成阻碍。
(2)车辆缓震不理想。
由于月球车开放的框架式结构， 载人月球车在高速穿越崎岖路面和斜坡时颠簸严重，会对航天员的安全构成威胁，而且过度地颠簸也会对月球车本身的部件和结构产生威胁。
(3)故障应急方案不完善。
如果没有故障应急措施，航天员的舱外活动被限制在在距离着陆舱 5 km 的范围内，以确保能够步行回舱[4]。
月球上的环境十分极端，在驾驶时的容错率也尤为关键。
4载人月球车设计实例分析月球漫游车（LRV ）是一种电动车辆，设计用于在月球的低重力真空中运行，能够穿越月球表面，使阿波罗号的宇航员能够扩大他们的地表外活动范围。
三辆漫游车在月球上行驶，每个漫游车被使用三次，每天一次，每次任务持续三天[5]。
4.1载人月球车的结构月球漫游车的质量为210kg ，可在月球表面再承载490kg 的载荷。
车架长4.1m ，轴距2.3m 。
最高高度为1.14m 。
车架由铝合金2219管焊接组件组成，车架由3部分底盘组成，车架中心铰接，可折叠悬挂在登月舱第1舱。
它有两个并排的可折叠座椅，由管状铝制成，配有尼龙带和铝制地板。
座位之间安装了扶手，每个座位都有可调节的脚凳和尼龙搭扣安全带。
探索号四足仿生月球车设计说明书
探索号四足仿生月球车设计说明书参赛队伍：启航者参赛学生：沈俊杰陈飞阮航李思皓指导老师：***参赛单位:武汉科技大学目录第一章作品背景1.1 探月工程概述 (3)1.2 国内外月球车研究现状 (3)1.3 月球车结构和功能要求 (4)第二章月球车原理方案的构思和拟定2.1月球车原理方案的构思 (5)2.2月球车原理方案的拟定 (6)第三章月球车各结构设计和原理分析3.1展开机构设计 (7)3.2行走机构设计3.2.1几种越障方式比较 (7)3.2.2方案拟定和结构设计 (8)3.2.3越障原理分析 (9)3.3 采样机构设计3.3.1车前探钻结构设计 (12)3.3.2机械手结构设计 (12)3.4能源供应与通讯系统3.4.1太阳能电池板 (14)3.4.2雷达天线 (15)3.5指向机构 (15)第四章参数分析4.1基本测量4.1.1收缩状态 (16)4.1.2展开状态 (17)4.2液压缸行程参数分析 (18)4.3机械手主要尺寸 (18)4.4材料选择 (18)第五章主要创新点和应用前景5.1主要创新点 (19)5.2应用前景 (19)第六章作品展示 (20)第一章作品背景1.1 探月工程概述1958—1976年，美国与前苏联一共发射了83个无人月球探测器。
1969年，“阿波罗11号”实现了人类登月之梦，在月球探测中取得最辉煌成果。
这一年，先后有12名宇航员踏上月球，并向地面带回440公斤的月岩样品。
1972年，美国“阿波罗计划”结束。
欧空局第一个月球探测器“智慧1号”（SMART-1）已于2005年1月进入绕月轨飞行，开始探月，该探测器采用了多项新技术。
印度于2007年发射无人宇宙飞船，对月球进行首次科学探测，将2015年之前实现宇航员登月。
日本计划于2006年首次发送月球探测卫星，练习和掌握月球软着陆技术。
嫦娥工程，是中国启动的第一个探月工程，该工程于2003年3月1日正式启动。
首先是发射绕月卫星，继而是发射无人探测装置，实现月面软着陆探测，最后送机器人上月球建立观测点，并采回样本到地球。
四杆悬架机构月球车行走系统设计-系统设计论文-设计论文
四杆悬架机构月球车行走系统设计-系统设计论文-设计论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：探月工程的推进对月球车提出了更高的越障要求，文章基于四杆悬架机构越障能力强的特点，设计出一款新型月球车行走系统，并使用Adams进行运动学仿真，详细分析了其中震荡、侧滑与横摆、侧倾与俯仰等问题。
该新型月球车行走系统具有较高的地形适应能力和通过能力，可以满足一般要求。
关键词：月球车；四杆悬架机构；运动学仿真月球作为距离地球最近的天体，成为各国宇宙空间探测的重点目标之一，相比于载人航天探测，月球探测车的探测成本更低，且消除了载人航天的安全隐患。
然而月球表面存在很多行驶障碍，资料显示，1m～3m大小的月球车会遇到25°的斜坡、0.5m大小的火山口以及15cm～20c高的障碍体，因此对于月球车的越障能力提出了很高的要求[1]。
本文自拟参数，提出了一种新型基于四杆悬架机构的月球车行走系统，进行了总体设计以及运动学仿真，确定了电机和减速器的选择，对实物的制造起到了指导作用。
1总体设计本文所设计的月球车参数如下：最大外形尺寸为900mm(长)×600mm(宽)×450mm(高)，总质量不超过50kg，移动速度不小于0.1m/s。
1.1驱动设计月球上地貌复杂，需要月球车有较高的灵活度，为了满足这一要求，本文所设计的月球车采用六轮驱动，前后轮设计牵引电机和转向电机实现驱动和转向，中间轮仅设计牵引电机实现驱动。
1.2悬架设计本文所选取四杆悬架系统的越障原理如图1所示。
该系统在接触到障碍物时，利用障碍物产生向后的推力驱动平面四杆机构运动，使相应的车轮抬起或落下，达到越过障碍物的目的，由于越障时主摇臂和副摇臂的瞬时转动中心下移至地面以下，因此具有比其他机构更强的越障能力。
预计月球车需越过最大尺寸为15cm左右高度的障碍物，以此为根据进行多次试算，最终设计尺寸如图2所示。
利用SolidWorks 的推断约束，计算出前中后轮的极限越障尺寸分别为前轮200.23mm、中间轮216.40mm以及后轮176.17mm，如图3所示。
面向行驶安全性的月球车行走系统FDTM总体设计
貌、物＿哩和力学上的性能等。同时．丞要综音考虑深空
撵测设备的发射、运载、科学考察目标等项月任务特点。 从以Ｉ’论述可以看出，月球车行走系统与地面车辆在作 业环境（越野）、任务目标、体系结构、性能分析与参数 睢配、Ｌ程宴现等多方面具有ｊｔ通的特点。以特种车辆设
双喜
直从事特种车辆日究。 月球车行走系统构型、仿真与什析。
０
万 ｔ机器人挂术々麻月） 方数据
“…
：３ Ｍ
熙鳓
无法继续行走ｔ又如图２ｂ所示，野外环境下 局部的地面承载力过低，当车辆行至谚处将导 致车辆陷入沙坑无法自行走出。一旦发生饿 种情况，其后果是严重的。 尽管月球车的自主避障功能或者信息获 取系统能够帮助车辆识别大部分的危险障 碍，但在荒些特殊情况下水能够及时提供危 急自救的能力。这将导致车辆陷入死境。因 此，在这一情况Ｆ，如果从功能上，有制 对性地赋予乍辆某些特殊功能，将有可能帮 助车辆摆脱逆境．比如增加主动悬挂系统， 靠后两轮的力量抬起已经掉入咖坑的前轮； 增加轮步式行走能力，使得车辆能具有仿生 行走的能力．从而有可能走出深陷的沙坑。 在ＦＤＴＭ行走系统地面样机的设计过程中， 我们坚破贯彻 以下理念： １）醴计Ｈ１发点是从车辆地面力学出发的 不是盲目的． ２）克服典型障碍的功能是完善的： ３）危急情况的备『丑行驶方案是厕满的： ４）在满足各限定指标情况Ｆ，越野行驶能力是最强的。 同时，ＦＤＴＭ月球车行走系统充分考虑到工程化、标准 化、系列化的设计要求．设计订基下同构型Ｆ的多种配置方 案，这使得ＦＤＴＭ行走系统能够实现符台各种质量分配要 求的目标，在总体系统的扩展性、燕客性方血其有良好 的接口。 科学的．而
价ｆｌ！【的科学探索。 ４商通过性悬禁技术：皿求Ｈ订ｎ适碱的越蚶能力． 能够克服Ｊｊ表复杂障礴。
两种轮式月球车悬架方案及其虚拟样机仿真.
两种轮式月球车悬架方案及其虚拟样机仿真尚建忠1,2罗自荣2张新访11.华中科技大学,武汉,4300742.国防科学技术大学,长沙,410073摘要:提出了三摇臂悬架和双曲柄滑块联动扭杆悬架两种新型月球车悬架系统;建立了月球车移动性能评价的数学模型;采用虚拟样机技术,从地面自适应、行驶平顺性、越障性能三个方面对月球车的移动性能进行动力学分析。
仿真结果表明,双曲柄联动扭杆悬架月球车具有很好的移动性能。
关键词:月球车,移动性,虚拟样机,ADAMS 中图分类号:TP24文章编号:1004-132X (200601-0049-04Tw o Kinds of Wheeled Lunar R over Suspension Scheme &Their Virtual Prototype SimulationShang Jiangzhong 1,2L uo Ziro ng 2Zhang Xingfan 11.Huazhong University of Science and Engineering ,Wuhan ,4300742.National University of Defense Technology ,Changsha ,410073Abstract :Two new suspension systems named Three -Rocker suspension and Two -Crank -Sli 2der Rocker suspensio n were proposed respectively.Virt ual Prototype was used to evaluate t heir self -adaptive contact ,running smoot hness and over -obstacle ability.Simulation result s show t hat Two -Cam -Rocker suspension based lunar rover owns better mobility.K ey w ords :lunar rover ;mobility ;virt ual p rototype ;ADAMS收稿日期:2004-12-06基金项目:国家自然科学基金资助重点项目(6023460300引言移动性能是轮式月球车最基本的性能。
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。
基于越障性能的六轮摇臂式月球探测车悬架尺寸优化设计
( 6) ( 7)
φ ′ Nf [ h 2源自) sin (β 2 +λ + r ] - GR x R cosλ cosβ 2 ) si n (α 2 - λ cosα 2
( Nm - Gm ) h 2
Gf h2 图2 前轮越障时探测车整体及各部件受力
Fig. 2 Forces on rover and parts when front wheel climbing up
H — — — 中轮越障高度 ;
hm = h
第2 期
侯绪研等 : 基于越障性能的六轮摇臂式月球探测车悬架尺寸优化设计 GB xB cosγ - GM xM cos γ = Mts = 0
42 3 (14)
h — — — 任意时刻中轮中心高度 ;
hr = r
3. 2 Matlab 优化分析 3. 2. 1 目标函数的确定 由 3. 1 知 , 对于 一 组尺 寸 的悬 架 结 构 , 存 在
Nr + F y - GB - GM - Gr = 0
力 , 根据样机重量 ,取为 40N ;
GM 、 GR — — — 分别为主摇臂和副摇臂的重力 ,根
据样机重量 , 分别取为 15N 和 10N ;
GB — — — 主车体重力对单侧摇臂悬架的作用 ,根
据样机重量 , 取为 250N ;
( 3) ( 4)
A = h1 tan α h2 ) t anβ 1 + ( h1 1 , B = h2 , K = h2 K A + B
2 2
以上各角度方向取逆时针为正 。 2. 2 前轮越障的准静力学模型 对前轮爬越障碍过程的任意时刻建立准静力学 模型。探测车整体受力如图 2 ( a) 所示 。图中 : φ— — — 驱动轮与水平地面的附着系数 , 取 0. 6 ; φ ′— — — 驱动轮与垂直地面的附着系数 ,取 0. 4 ;
行星越障轮式月球车的设计
第35卷 第2期2003年2月 哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报J OURNAL OF HARB IN INSTITU TE OF TECHNOLO GYVol 135No 12Feb.,2003行星越障轮式月球车的设计邓宗全,高海波,胡 明,王少纯(哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001)摘 要:为提高月球车的越障能力,结合月球表面的复杂环境,设计了一种行星越障轮式月球车.该车主要由3大部件组成:车架、悬架(由扭杆弹簧和磁弹簧减振器并联构成)和行星越障轮.设计重点在月球车的行驶系统,该车不仅在悬架设计上考虑了行驶系统的越障性能———采用了扭杆弹簧和磁弹簧减振器相结合的形式,而且在车轮的设计上也考虑到车轮本身的越障能力———采用了行星越障轮.对该车的行驶系统进行了概述,并对行驶性能进行了分析和计算.结果表明:该车具有较强的越障能力和灵活的转弯特性,能够适应月球表面凹凸不平的环境.关键词:月球车;行星越障轮;磁弹簧减振器中图分类号:V47613文献标识码:A文章编号:0367-6234(2003)02-0203-04Design of lunar rover with planetary wheel for surmount obstacleDEN G Z ong 2quan ,G AO Hai 2bo ,HU Ming ,WAN G Shao 2chun(School of Mechanical and Electrical Engineering ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001,China )Abstract :A new type of lunar rover was designed according to the complex environment of lunar surface ,and it consists of the frame ,the suspension and the planetary wheels to surmount obstacles.Not only the combined torsion bar spring with magnetic spring absorber are employed to surmount obstacles ,but also planetary wheels are employed to surmount obstacles.The results of emperiments indicate that the rover has a strong obstacle -climbing and flexible steering capability ,and can adapt itself to rough and uneven lu 2nar terrains and topographic environment.K ey w ords :lunar rover ;planetary wheel to surmount obstacle ;magnetic spring absorber收稿日期:2002-06-13.基金项目:哈尔滨工业大学跨学科交叉性研究基金资助项目(2000.12)作者简介:邓宗全(1956-),男,教授,博士生导师. 人类利用宇宙空间探测器对月球的飞行探测已取得极大的成功.但飞行器的飞行探测仅是利用空间照片和远程传感器进行探测,在探测方式、范围和能力上都有很大的局限性.为了获得月球的进一步详细资料,必须进行表面探测.由于月球高真空、强辐射和大温差的环境,进行月球表面探测的困难和危险性很大,而月球探测车可以扩大人类活动能力,代替宇航员从事危险性大的工作,提高月球表面作业的安全性、可靠性,减小月球探测、开发的风险和成本.目前世界各空间大国都在大力研制行星表面探测机器人.为适应复杂的月面环境,月球探测车的轮式行驶系统均采用各轮独立驱动,自主工作的方式,同时各轮均采用弹性悬挂方式,故工作起来方便灵巧,同心性和转向性均较好[1,2].通过以往的实验验证可知,刚性轮具有较高的机械可靠性,较好的转向性和环境适应性,但其行驶稳定性和耐磨损性均较差;充气轮虽然具有较好的行驶稳定性和越障能力,但其环境适应能力差,故不能应用到月球车中;筛网轮的机械可靠性、越障性、行驶稳定性和耐磨性均较好,但爬坡能力相对较差;金属弹性轮的爬坡性能、耐磨损性、环境适应性以及机械可靠性、越障能力均较好,但其转向性能较差;椭圆轮、半球轮和无毂轮的爬坡和越障性能及耐磨损性能均较好,但其行驶稳定性较差,机械可靠性最低.月球探测车能够完成各种任务的前提是能够安全地在月面上行驶,并且能够越过比较小的障碍,因此其行驶系统的越障能力是完成探测任务的基本保证.以上所列举的轮式行驶系统大都是通过悬架来提高月球探测车的越障能力,只有个别的考虑到车轮本身的越障能力,而且车轮的越障能力也不是很强.本文从提高月球车的越障能力这一角度出发,设计了行星越障轮式月球车.1 月球车行驶系统概述111 月球车总体概况该车主要由3大部件组成:车架、悬架(由扭杆弹簧和磁弹簧减振器并联构成)和行星越障轮,每个行星越障轮都是独立驱动的,电机功率为10 W.由于采用了扭杆弹簧,所以该车的总的长度和高度是随着有效载荷和地面对车轮的反作用力的变化而变化的.该车质量约为40kg,外形尺寸约为90cm×73cm×53cm,在平直路面上的行驶速度为0.32km/h.112 行星越障轮图1为行星越障轮简图.具体工作原理为:由直流电机8驱动中心齿轮5转动,来带动过渡齿轮4和驱动齿轮2进行转动,而驱动齿轮2和车轮1是固接在一起的,从而带动车轮1绕驱动轮轴3转动.行星越障轮在行驶时任意两个车轮接地,对于采用四个行星越障轮的月球车来说,实际上相当于八轮驱动.行星越障轮式月球车在平坦地面行驶时,利用车轮快速驱动,其效率与普通轮式车辆相同.由于行星越障轮中的三个车轮都是驱动轮,因而有效地利用了行星越障轮的附着重量,而且较多的驱动车轮增加了车轮与地面的接触面积,降低了接地比压,从而提高了行星越障轮在松软地面的通过能力.驱动轮系随着地面对车轮1作用力的不同,相应地演变成定轴轮系或行星轮系[3].当行星越障轮在平坦的路面上行驶时,受两个车轮同时着地的约束限制,系杆7不能转动只能随车沿路面平动,此时驱动轮系演变成定轴轮系,实现在平坦路面的快速行驶;当前进的车轮碰到障碍物而停止不前时,根据差动轮系传动比关系式,驱动轮系就演变成行星轮系,系杆7带着另外两个车轮绕行星越障轮中心轴6转动,实现翻越障碍的目的. 运用差动轮系传动比的相关公式,可以得出如下关系式:ω5-ωHω2-ωH=Z2Z5.式中:ωH为系杆7的转速;ω5为中心齿轮5的转速;ω2为驱动齿轮2的转速;Z5为中心齿轮5的齿数;Z2为驱动齿轮2的齿数.当驱动轮系为定轴轮系时,ωH=0,所以ω5/ω2=Z2/Z5,车轮1与中心齿轮5具有相同的旋向.当驱动轮系为行星轮系时,ω2=0,所以ω5/ωH=1-Z2/Z5,在电机转向不变的情况下,要使整个行星越障轮继续往前运动,系杆必须和中心齿轮的旋向相同,所以有ω5/ωH>0,即Z5 >Z2.当Z5/Z2取较大值时,可以提高行星越障轮的越障能力,但取值过大,不仅不利于机构的小型化,而且增加机构的实现难度.行星越障轮不需要复杂的辅助机构来实现平面上运动与越障运动之间转换,因此作业时具有很高的可靠性,特别适合用在人类难以到达环境下作业的作业器上.所以,采用行星越障轮的月球车能够适应凹凸不平、表层土壤松软的月球地形表面环境.113 扭杆弹簧悬架前苏联发射到月球上的Луноход1月球车和Луноход2月球车都应用了扭杆弹簧悬架.扭杆弹簧悬架和扭杆弹簧主要具有以下优点[4]:(1)单位质量扭杆弹簧所贮存的能量比其他种类的弹性元件都大,即当能容量相同时,扭杆弹簧具有较小的质量;(2)应用扭杆弹簧可使非簧载质量减小,有利于月球探测车行驶平顺性的提高;(3)扭杆弹簧与固定臂和调节臂的连接结构・42・哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第35卷 简单;(4)由于扭杆弹簧的一端与调节臂相连,因而可以通过不同的装配预扭角实现车身在一定范围内的高度调节.基于以上原因,本设计的月球车也采用了扭杆弹簧悬架.前苏联发射到月球上的Луноход1月球车和Луноход2月球车的运行寿命主要取决于扭杆弹簧的疲劳寿命,一旦其中一根扭杆弹簧由于疲劳而产生断裂,那么这根扭杆弹簧所在的车轮也就无法支撑车体重量,车体将处于不稳定状态,如果继续在月球表面凹凸不平的地形上行驶,月球车非常容易翻车.因此,在本设计中有必要采取措施,即使扭杆弹簧由于疲劳而断裂,也要保证这根扭杆弹簧所在的车轮对车体继续起到支撑作用,而且支撑力最好是可以在一定的弹性范围内变化的,这样,仍能够缓和由于车轮的上下跳动对车体内部仪器所产生的振动和冲击.从而保证月球车能够继续行驶.另外,扭杆弹簧悬架受到冲击后,将产生振动,故悬架还应包括减振器,使振动迅速衰减.综合以上两点考虑,本设计采用了磁弹簧减振器和扭杆弹簧并联形式的悬架.磁弹簧减振器既可以起到弹性元件的作用,也可以起到减振器的作用,从而满足以上两点要求.114 磁弹簧减振器现有的减振器主要以液体或气体作为介质进行减振,有着严格的密封要求.月球表面昼夜温差大,白昼温度高达130～150℃,夜间温度可下降到-160～-180℃,同时,月球表面又是高度真空环境.在这种条件下,减振器内的液体的粘度将有很大的变化,同时,由于热胀冷缩液体或气体的体积也将会有很大的变化,这就使得减振器的减振性能变得难以控制.另外,在月球的高度真空环境下,要实现严格的密封是非常困难的,即使能够达到密封条件,那么减振器的体积和重量不但要增大,而且制造成本将成倍增长,也就意味着发射成本的增加.磁弹簧减振器就是利用永久磁铁构成的磁弹簧以及导体中涡流的阻尼作用实现可调节减振的一种非线性减振器[5].本设计所采用的磁铁为钕铁硼烧结永磁铁,磁铁的最高工作温度可达180℃,能够适应月球环境.另外,使用磁铁不需要提供额外的能源,也没有严格的密封要求,所以磁弹簧减振器能够很好地适应月球环境.如图2所示,磁弹簧减振器的工作原理为:三块永久磁铁的磁极两两相对地安装在如图所示的位置,下磁铁7固定在下磁铁安装座8中,下磁铁安装座8与扭杆摇臂相连,活动磁铁6在两个固定磁铁的排斥力作用下停在中间,活动磁铁又通过活塞杆1与车架相连,从而实现扭杆弹簧与磁弹簧减振器的并联.上下磁铁之间距离可以通过调整上磁铁5的位置来调整,这样就可以改变磁弹簧减振器的刚度.图中除了磁铁以外的其他零件均是用非导磁材料制造的,以便减少漏磁,最大限度地利用磁铁的能量.这种减振器的优点是体积小,安装方便,可以用于任意方向和任意频率机械振动的动力吸振. 结合扭杆弹簧的扭转特性,本文对磁弹簧减振器的压缩和拉伸行程、磁铁之间排斥力的大小等有关数据都进行了细致的计算,最终确定了磁弹簧减振器的所有参数.2 低重力模拟试验装置为了模拟月球的低重力环境,以便取得较为真实的试验数据,本文还设计了低重力模拟试验装置.试验装置见图3. 取配重为月球车重量的5/6.由于月球车向前运动,使得将月球车向上拉的钢丝与竖直方向・52・第2期邓宗全,等:行星越障轮式月球车的设计形成夹角α,通过计算可以得出,当α<3o时,月球车52即可带动小车2在横梁上前进.另外,在试验过程中设法保证配重不进行摆动,以消除摆动对实现低重力条件造成的影响.这样,月球车受到的垂直向上的拉力将在很小的范围内变化,确保了低重力环境的实现.3 行驶性能分析311 侧倾角车辆侧倾角是评定车辆单侧车轮同时越过障碍物的最大高度的能力和车辆在倾斜路面行驶能力及车辆行驶稳定性的重要指标.如图4所示,月球车在倾斜角度为α的坡面上匀速行驶,在低重力环境下,该车的质心位置不会发生变化,图中给出的是在低重力环境下该车所受的重力沿坡面和垂直坡面的两个分力.当α角达到一定数值时,该车将以图中所示下面车轮的外侧为轴线进行侧翻,此时上面车轮的支反力为零,虽然下面的车轮受到月面的支反力和摩擦力,但这些力都通过侧倾轴线,所以,侧倾角α的计算公式为G・cosα・L≥G・sinα・H,即 tanα≤LH.(1) 由式(1)可以看出,月球车的重心高度越低,其侧倾角越大,但重心高度过低,将导致底盘高度降低,影响月球车的通过能力.因此,设计时应尽量将重量集中在车轮上,在保证降低重心高度的同时又不影响通过性能,而且这样也增加了月球车的稳定性.本设计中L=30915mm,H=244 mm,则求得该车的侧倾角为5117o.312 极限越障高度要跨越垂直障碍应首先达到如图5所示的状态,所能跨越垂直障碍的极限值H与上面车轮的水平中心线是平齐的,从图中的几何关系可以得出H的数值:H≤r+2R・sin60°.其中r=615cm,R=814cm,则H=21cm. 如果是月球车单侧车轮越障,由于一侧车轮抬高21cm,使车体与水平路面形成的倾角是远小于侧倾角的,所以不会有翻车的危险.在月球车行进的过程中,首先应判断所遇到障碍物的最大垂直高度是否超过21cm,如果低于21cm,则可以通过,如果高于21cm,那么就应绕行来躲避障碍.313 爬坡能力月球车沿坡道匀速行驶的受力如图6所示.作用在月球车上的行驶阻力有:(1)坡度阻力在坡道上行驶时,重力沿坡道的分力即为坡度阻力为F i=G・sinθ.式中:G为月球车在月球环境下的重力.(下转第209页)・62・哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第35卷 误差很大的区域,在构建定量构效关系模型时首先应避开这一区域.同时也可以很容易地找到相关系数最大、百分误差最小的隐含层节点数和训练次数.这样,既提高了构建人工神经网络定量构效关系模型的工作效率,又保证了模型的预测精度.2 结论(1)通过三维图可直观地发现和选取合适的人工神经网络训练中的关键参数:隐含层节点数与网络训练次数.(2)采用C 语言和Matlab 语言编写的三维图计算机绘制软件为准确建立人工神经网络定量构效关系模型提供了简便、快捷、准确的方法和技术,具有进一步开发应用前景.参考文献:[1]许 禄,吴亚平,胡昌玉,等.苯胺类化合物结构-毒性定量构效关系研究[J ].中国科学(B ),2000,30(1):1-7.[2]MOOD Y J.The dependence identification neural net 2work construction algorithm [J ].IEEE Transaction on Neural Networks ,1996,7(1):3-15.[3]CHEN C L P.A rapid supervised learning neural net 2work for function interpolation and approximation [J ].IEEE Transactions on Neural Networks ,1996,7(5):1220-1230.[4]吕柏权,李天铎.一种具有全局最优的神经网络BP 算法[J ].清华大学学报:自然科学版,1997,37(2):32-34.[5]廖宁放,高稚允.BP 神经网络用于函数逼近的最佳隐层结构[J ].北京理工大学学报,1998,18(4):476-480.[6]汪家道,孔宪梅,陈大融.节点自删除神经网络及其在磨粒识别中的应用[J ].清华大学学报:自然科学版,1998,38(4):42-46.[7]王桂莲,白乃彬.多氯酚QSAR 数值模型比较研究[J ].环境科学学报,1996,16(2):190-193.[8]王 鹏,陈春云,郭晓燕,等.用于有机化学品生物活性预测的人工神经网络[J ].哈尔滨工业大学学报,1999,31(1):101-103.(编辑 刘 彤)(上接第206页) (2)滚动阻力F f =G ・cosθ・f .式中:f 为车轮滚动阻力系数;F t 为作用在每个车轮上的驱动力F ti 之和.又因为F t ≤N φ.式中:N 为驱动轮的地面法向反作用力总和;<为车轮与路面间的附着系数.综合以上三式,月球车沿坡道匀速行驶时的受力方程为G ・sin θ+G ・cos θ・f ≤G ・cos θ・φ,则θ≤arctan (φ-f ).314 转弯半径该车没有专门的转向机构,这样在结构上相对简单一些,转弯是由控制左右两侧车轮的不同速度来实现的.设左右车轮的速度为V 1和V 2,则月球车的转弯半径为R =i +1i -1・B 2,式中:i =V 1V 2,B 为左右车轮中心线之间的宽度.当V 1与V 2方向相反时,R 的数值较小,当V 1=-V 2时,R =0,因此该车不但可以实现较小的转弯半径,而且还可以实现原地转弯.(下转第213页)・902・第2期高大文,等:人工神经网络中隐含层节点与训练次数的优化2 结 语 燃烧器墙式布置的锅炉,其气、固两相湍流在燃烧器射流出口时就已经发生了作用.将上层燃烧器一、二次风射流改为同心双切圆布置形式后,增大了炉内湍流动能,使气固混合程度加强,湍流运动的涡旋扩散减弱,气流对壁面的冲刷减少变弱.在一定程度上起到提高煤粉燃尽程度、避免受热面结渣的作用.研究表明,适当地采用一、二次风同心双切圆布置形式能够有效地改善炉内的煤粉颗粒浓度分布,从而抑制结渣和高温腐蚀等现象的发生.此项研究成果,为今后锅炉改造提供指导和借鉴.参考文献:[1]何佩鏊,赵仲琥,秦裕琨.煤粉燃烧器的设计与运行[M].北京:机械工业出版社,1987.[2]柳朝晖,郑楚光.不同旋流数下湍流气粒两相流动特性的PDPA实验研究[J].化工学报,2001,52(6):490-494.[3]FRANCISCO G,SAN TOS C R.Transition to turbu2lence in the Reynolds’experiment[J].Physica A,2001,297(1-2):73-78.[4]蔡树棠,刘宇陆.湍流理论[M].上海:上海交通大学出版社,1993.(编辑 虹 桥) (上接第209页)4 结论(1)本文设计的行星越障轮式月球车,不仅在悬架设计上考虑了行驶系统的越障性能———采用了扭杆弹簧和磁弹簧减振器相结合的形式,而且在车轮的设计上也考虑到车轮本身的越障能力———采用了行星越障轮.(2)该车具有较强的越障能力和灵活的转弯特性,能够适应月球表面凹凸不平的环境.参考文献:[1]JOHN E B,WILL IAM L W.Configuration of au2tonomous wallkers for extreme terrain[J].The Interna2 tional J of Robotics Research,1993,12(6):535-559.[2]BEKKER M G.The development of moon rover[J].Journal of the British Interplanetary S ociety,1985,38: 537-543.[3]张海洪,谈士力,龚振邦.全方位越障机构的设计[J].机械设计与制造工程,2000,29(3):12-13. [4]王祖禹,江辉,李保全,等.扭杆弹簧和扭杆弹簧悬架的设计[J].汽车技术,1999(1):3-8.[5]龚余才.稀土磁弹簧吸振器特性的研究[J].南京航空航天大学学报,1995,27(3):376-381.(编辑 闫 彤)・312・第2期吕 薇,等:燃烧器墙式布置锅炉燃烧器区域湍流特性研究。
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。
新型月球车悬架的设计与仿真研究
新型月球车悬架的设计与仿真研究CHEN Bai-chao, WANG Rong-ben, Y ANG Lu, JIN Li-sheng, GUO Lie摘要：这篇论文提出了一种新的月球车悬架形式。
这种悬架主要由一个主动四边形杠杆机构和一个被动四边形杠杆机构组成。
这种悬架是依照以下几种因素来设计：爬上障碍物，适应地形，行动顺畅，以及驾驶室负荷平均分配到各个车轮上。
在文章中，先是藐视了这种新型悬架的构造，接着进行了杠杆运动学分析并建立了杠杆关系的方程，因此悬架的变形能力是已知的。
为了测试悬架的性能，我们设计了一辆装有这种新型悬架的原型车用以进行爬障碍的实验，实验的结果表示这种新型悬架的应用使得月球车在使驾驶室保持平稳的前提下爬越障碍的能力非常出色。
在试验中发现的缺点的基础上，我们优化了杠杆机构，并建立了装有这种新型悬架和基于ADAMS平台的摇臂转向悬架的月球车模型，随后进行了仿真实验以比较性能。
对这种新型悬架的深入研究还在继续进行中以便于提高其整体表现。
中国已经决定在不就得将来开展探月计划。
这种新型悬架将会提供非常有价值的技术支持。
1.简介中国期望在2012年将月球车送上月球进行探月计划。
所以，一些机构和高校研究所都积极参与到与探月车相关领域的研究中。
由于探月车的运动系统上要装载探测仪器，运动的平顺性就显得十分重要。
为了保证探测工作的安全性，中国吉林大学在2004年为探月车发明了一种新型的悬架系统。
这种悬架机构主要由一个主动四边形杠杆机构和一个被动四边形杠杆机构组成。
实验的结果表示这种新型悬架的应用使得月球车在使驾驶室保持平稳的前提下爬越障碍的能力非常出色。
这种新型悬架将在不久的探月计划中提供有力的技术支持。
2.障碍分析当车轮遇到障碍物是悬架杠杆上的受力情况如图1所示。
Gw是该轮所受的重力。
Fm是车轮作用在悬架杠杆上的合力。
θ是Fm与水平方向的夹角。
G是整车重量。
Φ是路面与车轮之间的附着系数。
Ψ是路面阻力系数。
主被动结合式月球车悬架设计
主被动结合式月球车悬架设计苏波;江磊;杨树岭;卢国轩【摘要】月球车采用遥操作或半自主的移动方式,这种方式潜在的问题是对于周围环境信息收集十分有限,从而使月球车面临若干因地形起伏不平而隐蔽的不可通过障碍物,造成重心失稳,并导致倾覆,进而使其面临危险.如何提高地形适应能力是月球车移动系统设计考虑的首要问题,通过对自主研制的FDTM型月球车行走系统的优化设计,提出一种新型主被动结合的月球车悬架方案,方案采用空间三点支撑结构,通过两个支撑点动态调节即可实现三自由度姿态调整,使月球车在未知环境下的行驶稳定性和抗倾覆性显著提高.%Lunar rover is usually moved by remote or semi-autonomous way,which potential problems is its limit for collectiing information surrounding environment. Since the rover is facing many obstacles ,which could not be found for their terrain. As the center of gravity deviation occurs, lunar rover will be zero gravity,which may lead to overturning of the lunar rover. Therefore,the main problem we have to consider should be how to enhance its ability to adapt to the terrain. By optimizing design for FTDM mode travel system,a new combination of active and passive suspension of the lunar rover is developed,in which spatial three-point suspension support structure is proposed,by adjusting two of the support points dynamically to achieve three degrees of freedom. Thus the travel stability and anti-overturning stability is improved significantly under unknown environment.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2011(000)005【总页数】3页(P15-17)【关键词】月球车;行驶稳定性;铰接式悬架;平衡悬架【作者】苏波;江磊;杨树岭;卢国轩【作者单位】华中科技大学,武汉,430074;中国北方车辆研究所,北京,100072;中国北方车辆研究所,北京,100072;中国北方车辆研究所,北京,100072;中国北方车辆研究所,北京,100072【正文语种】中文【中图分类】TH161 引言月球表面的障碍物主要是随机分布大小不同的岩石和撞击坑，障碍物表层覆盖着颜色单一的月壤。
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7 此外，着陆器降落和月球车行走时扬起的月壤尘埃会飘浮在空中，侵蚀月球车没有完全密闭的轴承、齿轮和其他机械装置，造成机械元件磨损。如果扬起的月壤落在太阳能电池帆板上，还会降低太阳能电池的效率。所以，月球车的机械系统要有特殊的润滑、防尘密封装置，相机等“视觉”系统要有尘埃防护功能。月球上没有空气，当月球车、软着陆平台或有效载荷发生振动时，没有明显的阻尼介质，这种无阻尼振动就不容易很快停止，所以要考虑有效的消减振动的方法。
3 为了提高它的“逃离”能力，可以使每个轮子有单独的驱动系统，就算某个轮子被卡住，其他轮子也能保证月球车脱离险境。
4 为了防止行走时Байду номын сангаас于速度过快卷起的扬尘“眯住”传感器的“眼睛”，需要对车轮进行特殊的设计，以保证扬尘的高度低于探测传感器。
5 月球车与月面之间的摩擦力，与月球车对月面的压力成正比，由于月球重力场只是地球的六分之一，月球车对月面的压力小，月面土质摩擦力系数一般小于0.1，因此在设计车轮时还要考虑增加摩擦力(图2—48)。
月球车悬架设计要求
如果只掌握了方向而没有优异的越野能力，月球车就无法完成巡视考察月球的使命。
1 月球的表面是一层很厚的松软月壤，承载能力较低，如果月球车下陷超过一定程度，就无法正常行驶，所以月球车的质量、车轮设计必须要满足月壤的承压能力，保证月球车能够按行驶速度要求在松软的月球表面行走。
2 为了能“逃离”危险地区，月球车不但要有前进、后退、转向运动能力，而且还要能够越过一定高度的砾石，跨过一定宽度的沟壑，穿越一定深度的撞击坑，爬过20°的斜坡，适应30°的侧倾角。
6 此外，着陆器降落和月球车行走时扬起的月壤尘埃会飘浮在空中，侵蚀月球车没有完全密闭的轴承、齿轮和其他机械装置，造成机械元件磨损。如果扬起的月壤落在太阳能电池帆板上，还会降低太阳能电池的效率。所以，月球车的机械系统要有特殊的润滑、防尘密封装置，相机等“视觉”系统要有尘埃防护功能。月球上没有空气，当月球车、软着陆平台或有效载荷发生振动时，没有明显的阻尼介质，这种无阻尼振动就不容易很快停止，所以要考虑有效的消减振动的方法。