基本信息
- 项目名称：
- 月球车车轮正交转向力矩分析
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文对刚性车轮与土壤相互作用的转向力学特性进行了深入的分析和研究。
- 详细介绍：
- 本文对刚性车轮与土壤相互作用的转向力学特性进行了深入的分析和研究，建立了圆柱轮、鼓形轮在正交偏心转向情况下的力学模型，数值计算了其偏心量与转向力矩的关系。设计了能够实现正交偏心转向的实验装置。利用该实验装置，测量了圆柱车轮和鼓形轮在正交偏心情况下的转向力矩，分析比较了两种车轮转向性能的优劣。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：为月球车转向轮形式选择和正交偏心量的确定提供理论依据。 基本思路：根据月球车车轮与土壤作用的特点，对车轮转向过程进行力学分析，建立圆柱轮、鼓形轮在正交偏心转向情况下的力学模型，数值计算其偏心量与转向力矩的关系。用实验验证理论分析的正确性。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性与先进性：充分考虑月球车车轮在土壤中运动状况，利用Janosi剪切模型、Hegedus的推土阻力理论等车轮与土壤作用理论与力学原理，建立车轮与土壤作用力学模型，并运用计算机仿真与检测技术对车轮转向时的受力状况进行了仿真计算和实验验证。 独特之处：将车轮与土壤作用力学理论应用到月球车车轮与月球土壤作用中，模仿月球土壤环境对所建力学模型进行了实际检验。
应用价值和现实意义
- 该论文为月球车车轮结构形式的选择和正交偏心量的设定提供了可靠的理论依据，对月球车的研制具有重要的实际应用价值。
学术论文摘要
- 本文对刚性车轮与土壤相互作用的转向力学特性进行了深入的分析和研究，建立了圆柱轮、鼓形轮在正交偏心转向情况下的力学模型，数值计算了其偏心量与转向力矩的关系。设计了能够实现正交偏心转向的实验装置。利用该实验装置，测量了圆柱车轮和鼓形轮在正交偏心情况下的转向力矩，分析比较了两种车轮转向性能的优劣。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 付宜利, 李 寒, 徐 贺, 马玉林.轮式全方位移动机器人几种转向方式的研究 制造业自动化, 2005, (10):20-25 [2] L. Richtera, P. Costeb, Development and testing of subsurface sampling devices for the Beagle 2 lander, Planetary and Space Science. 2002, (50): 903-913 [3] Kazuya Yoshida, Noriyuki Mizuno, Genya Ishigami, Akiko Miwa. Terramechanics-Based Analysis for Slope Climbing Capability of a Lunar/Planetary Rover. Space Technology and Science, 2004(6). [4] Kazuya Yoshida,Genya Ishigami. Steering Characteristics of a Rigid Wheel for Exploration on Loose Soil. Proceeding of 2004 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systens [5] M. G. Bekker. Theory of land locomotion. The University of Michigan Press, Ann Arbor, Michigan, 1956: 15~18 [6] Z. Janosi, Hanamoto B. Analytical Determination of Drawbar Pull as a Function of Slip for Tracked Vehicle in Deformable Soils. Proc. 1st Int. Conf. of ISTVS, Torino. 1961: 707~736
同类课题研究水平概述
- 近年来，世界各空间大国掀起了太阳系深空探测的热潮，先后对月球、火星、小行星、彗星等太阳系天体进行了全方位、多手段的探测，深入研究各天体的地质特性和所处的空间环境，探索行星系统的形成和演化历史，寻求解决太阳系起源和生命起源的最基本问题。在阿波罗登月计划25年后，美国展开了重返月球的探测活动，1994年的“克莱门汀”(Clementine)和1998年的“月球勘探者”(Lunar Prospector)计划对月球进行了全面细致的探测工作。为填补我国航天技术领域空白、提高国家地位、推进航天领域的国际合作、加速我国科技发展与进步及月球资源开发利用，我国也已实施启动了“嫦娥工程”探月计划。 探月计划中，登月车是重要的工具，而登月车车轮及转向机构是影响其在月球表面运行平稳和可靠的重要部件，研制登月车必须要设计合理的车轮和转向机构。美国喷气式实验室研制的“索杰纳”（Sojouner）号探测车的驱动装置置于轮内，转向装置在轮子的上方和驱动轴垂直布置。这种布置方式是目前国内外普遍采用的一种驱动轴转向轴布置方式，它简单实用，能够满足行星探测车的驱动转向要求。并且它与地面接触的力学模型比较简单，因此这种布置方式的转向性能评价就比较简单一些。 2003年6月和7月，美国喷气式实验室研制的火车探测车“勇气号”和“机遇号”所采用的驱动轴与转向轴的布置方式与以往采用的方式有很大不同。这种转向结构是为了实现在发射过程中行星车的折叠而设计的。由于“勇气号”展开后的体积非常大，所以在发射过程中必须把它折叠起来，在折叠过程中，为了节省空间，就要求它的驱动和转向装置都放置于轮内，于是就产生了一种转向轴和驱动轴成一定夹角非正交放置于轮内的转向装置。但这种结构不适用于体积较小的登月车。 目前，国内的行星探测车和特种轮式机器人的车轮都是采用轮内驱动方式和轮外布置转向系统方式。如同“索杰纳”号的布置方式，或者是做一下改进，把转向装置放在车轮的一侧。
