月球车设计报告
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设计原理与方法 2—月球车行走系统设计与分析
4.2 仿真各参数数据统计表 .......................................................................................... 17 4.2.1 车体质心的数据表 ........................................................................................ 17 4.2.2 车轮的受力数据表 ........................................................................................ 20
4.3 数据分析 .................................................................................................................. 22 4.3.1 质心参数分析 ............................................................................................... 22 4.3.2 车轮受力参数分析 ....................................................................................... 22
(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】
(5) 机械系统结构设计：构建三维模型【软件自定】，截取三维模型图片若干 张，绘制二维装配图 1 张和关键零件工作图 3 张；
(6) 分别针对直行及转弯过程，建立各轮转角参数关系和力学关系（位移分 析和受力分析）；
(7) 构建月面模型，基本要求：平面；更高要求：复杂曲面【形状自定】【ADAMS 软件】 ；
(8) 月球车行走系统三维仿真建模与参数设置【ADAMS 软件】，截取仿真图 片若干张；iple and Method of Design
(9) 设定月球车行走路径，进行运动学仿真，获取质心位置坐标及速度、加 速度的变化规律，车身相对质心转角参数及角速度、角加速度的变化规 律，各电机转角、角速度、角加速度的变化规律；
张（0 号）、零件图纸 3 张（3 号或 4 号）。 (2) 电子版文档—— ①设计报告（应合成为 word 2003 版本的 1 个 doc 文
件）；②二维设计图纸的电子版源文件（dwg 等）；③二维设计图纸的 pdf 文件；④三维设计模型、仿真模型的截屏图片至少 6 张（jpeg）；⑤运动 过程仿真的视频文件（mp4，wmv 等常用格式）1 个。
(10) 进行动力学仿真，获取各电机转矩的变化规律； (11) 将月球车行走系统仿真运动过程生成视频文件； (12) 整理设计资料，编写设计报告。
1.2 提交要求
(1) 纸质文档——①设计报告 1 份（A4 纸打印，装订成册）；② 装配图纸 1
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设计原理与方法 2—月球车行走系统设计与分析
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设计原理与方法 2—月球车行走系统设计与分析
目录
一、设计任务及要求 .................................................... 5
1.1 设计任务..................................................................................................................... 5 1.2 提交要求...............................................பைடு நூலகம்..................................................................... 5
四、月球车仿真运动分析 .......................................... 17
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
二、设计背景与原理 .................................................... 6
2.1 背景 ............................................................................................................................ 6 2.2 月球车机构原理 ......................................................................................................... 7
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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】；
二、设计背景与原理
2.1 背景
进入 21 世纪以来, 人类又迎来了月球探测的新高潮, 为此许多国家都在积极 开发月球探测车关键技术。我国也先后公布了探月的详细计划, 并初步规划于 2012 年向月球发送一辆探测车。为此国内许多科研机构都在积极开展月球探测车关键技 术研究, 特别是轮式移动系统的六轮摇臂转向架机构的研制和设计,成为月球探测 车研制工作的热点和难点。六轮摇臂转向架机构星球探测车首先由美国设计并成功 发送到火星上, 已开展了探测任务。该机构虽然设计简单, 却具有良好的力学特性。 那么如何设计摇臂转向架的机构参数来提高车体的力学性能, 成为月球探测车研 制的关键问题。
3.3.1 月球车驱动电机选择 ..................................................................................... 9 3.3.2 月球车前进轮设计 .......................................................................................... 9 3.4 月球车差速器设计 ................................................................................................... 12 3.4.1 差速器的悬挂系统 ........................................................................................ 12 3.4.2 差速器的自由度 ............................................................................................ 12 3.4.3 差速器的运动分析 ........................................................................................ 13 3.4.4 差速器输入轴的设计 ................................................................................... 13 3.5 月球车总体设计 ...................................................................................................... 14 3.5.1 月球车三维模型图:....................................................................................... 15
4.4 仿真总结与反思 ....................................................................................................... 22
五、心得体会 .............................................................. 23 六、参考文献 .............................................................. 25
美国先后设计的六轮摇臂转向架系列探测车是根据不同阶段确定的不同设 计目标来完成对机构参数及结构的调整和优化。比如早期设计的 So journer, 设 计目标是地面的通过能力、灵活的机动性能、越障性能和机构的收拢展开功能; 在设计 Rocky 7 时, 为了使控制更加简单可靠, 优化设计了转向架的机构参数, 调整转向架上两个车轮布置的间距, 摇臂相对增长;而 Spirit 和 Opportunity 在设计的目标上增加了摇臂在结构上的减震要求, 要求在火星表面, 车体在掉 入沟坑时, 车体冲击负载小于 6g, 在此基础上完成对摇臂的机构尺寸和结构的 优化。 到目前为止美国设计的摇臂转向架探测车都是用于火星探测的,并不完全 适合月面探测车的设计要求, 可以进行适当的改进来完成月球车六轮摇臂转向 架机构的优化设计。
三、方案的总体设计 .................................................... 8
3.1 小车总体框架尺寸初步确定 .................................................................................... 8 3.2 月球车模型参数设定 ................................................................................................ 9 3.3 月球车驱动电机选择及前进轮设计 ........................................................................ 9
设计原理与方法 2—月球车行走系统设计与分析
4.2 仿真各参数数据统计表 .......................................................................................... 17 4.2.1 车体质心的数据表 ........................................................................................ 17 4.2.2 车轮的受力数据表 ........................................................................................ 20
4.3 数据分析 .................................................................................................................. 22 4.3.1 质心参数分析 ............................................................................................... 22 4.3.2 车轮受力参数分析 ....................................................................................... 22
(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】
(5) 机械系统结构设计：构建三维模型【软件自定】，截取三维模型图片若干 张，绘制二维装配图 1 张和关键零件工作图 3 张；
(6) 分别针对直行及转弯过程，建立各轮转角参数关系和力学关系（位移分 析和受力分析）；
(7) 构建月面模型，基本要求：平面；更高要求：复杂曲面【形状自定】【ADAMS 软件】 ；
(8) 月球车行走系统三维仿真建模与参数设置【ADAMS 软件】，截取仿真图 片若干张；iple and Method of Design
(9) 设定月球车行走路径，进行运动学仿真，获取质心位置坐标及速度、加 速度的变化规律，车身相对质心转角参数及角速度、角加速度的变化规 律，各电机转角、角速度、角加速度的变化规律；
张（0 号）、零件图纸 3 张（3 号或 4 号）。 (2) 电子版文档—— ①设计报告（应合成为 word 2003 版本的 1 个 doc 文
件）；②二维设计图纸的电子版源文件（dwg 等）；③二维设计图纸的 pdf 文件；④三维设计模型、仿真模型的截屏图片至少 6 张（jpeg）；⑤运动 过程仿真的视频文件（mp4，wmv 等常用格式）1 个。
(10) 进行动力学仿真，获取各电机转矩的变化规律； (11) 将月球车行走系统仿真运动过程生成视频文件； (12) 整理设计资料，编写设计报告。
1.2 提交要求
(1) 纸质文档——①设计报告 1 份（A4 纸打印，装订成册）；② 装配图纸 1
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设计原理与方法 2—月球车行走系统设计与分析
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设计原理与方法 2—月球车行走系统设计与分析
目录
一、设计任务及要求 .................................................... 5
1.1 设计任务..................................................................................................................... 5 1.2 提交要求...............................................பைடு நூலகம்..................................................................... 5
四、月球车仿真运动分析 .......................................... 17
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
二、设计背景与原理 .................................................... 6
2.1 背景 ............................................................................................................................ 6 2.2 月球车机构原理 ......................................................................................................... 7
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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】；
二、设计背景与原理
2.1 背景
进入 21 世纪以来, 人类又迎来了月球探测的新高潮, 为此许多国家都在积极 开发月球探测车关键技术。我国也先后公布了探月的详细计划, 并初步规划于 2012 年向月球发送一辆探测车。为此国内许多科研机构都在积极开展月球探测车关键技 术研究, 特别是轮式移动系统的六轮摇臂转向架机构的研制和设计,成为月球探测 车研制工作的热点和难点。六轮摇臂转向架机构星球探测车首先由美国设计并成功 发送到火星上, 已开展了探测任务。该机构虽然设计简单, 却具有良好的力学特性。 那么如何设计摇臂转向架的机构参数来提高车体的力学性能, 成为月球探测车研 制的关键问题。
3.3.1 月球车驱动电机选择 ..................................................................................... 9 3.3.2 月球车前进轮设计 .......................................................................................... 9 3.4 月球车差速器设计 ................................................................................................... 12 3.4.1 差速器的悬挂系统 ........................................................................................ 12 3.4.2 差速器的自由度 ............................................................................................ 12 3.4.3 差速器的运动分析 ........................................................................................ 13 3.4.4 差速器输入轴的设计 ................................................................................... 13 3.5 月球车总体设计 ...................................................................................................... 14 3.5.1 月球车三维模型图:....................................................................................... 15
4.4 仿真总结与反思 ....................................................................................................... 22
五、心得体会 .............................................................. 23 六、参考文献 .............................................................. 25
美国先后设计的六轮摇臂转向架系列探测车是根据不同阶段确定的不同设 计目标来完成对机构参数及结构的调整和优化。比如早期设计的 So journer, 设 计目标是地面的通过能力、灵活的机动性能、越障性能和机构的收拢展开功能; 在设计 Rocky 7 时, 为了使控制更加简单可靠, 优化设计了转向架的机构参数, 调整转向架上两个车轮布置的间距, 摇臂相对增长;而 Spirit 和 Opportunity 在设计的目标上增加了摇臂在结构上的减震要求, 要求在火星表面, 车体在掉 入沟坑时, 车体冲击负载小于 6g, 在此基础上完成对摇臂的机构尺寸和结构的 优化。 到目前为止美国设计的摇臂转向架探测车都是用于火星探测的,并不完全 适合月面探测车的设计要求, 可以进行适当的改进来完成月球车六轮摇臂转向 架机构的优化设计。
三、方案的总体设计 .................................................... 8
3.1 小车总体框架尺寸初步确定 .................................................................................... 8 3.2 月球车模型参数设定 ................................................................................................ 9 3.3 月球车驱动电机选择及前进轮设计 ........................................................................ 9