八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)設計【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設計論文】

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購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 學 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 設計 1： 1459919609 2： 1969043202 學 院： 專 業(yè)： 題 目： 八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)設計 指導教師： 職稱 : 職稱 : 20**年 **月 **日 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）任務書 課題名稱 八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)設計 主要任務與 目標 月球是距離地球最近的自然天體，蘊藏大量的礦產(chǎn)資源，是人類飛離地球進行深空探測的第一站，也是理想的天然空間中轉(zhuǎn)站。月球車是月球探測中的重要媒介之一，已經(jīng)成為全世界廣泛研究的熱點。移動系統(tǒng)作為月球車整體系統(tǒng)的關鍵部分，其性能的好壞直接影響整個探測任務的成敗。本課題主要進行八輪扭桿搖臂式月球車可展開移動系統(tǒng)關鍵技術的研究。 目標： 提出的設計方案可行，結構設計合理，完 成的三維、二維圖紙設計，并完 成八輪星球探測車運動學分析與仿真驗證。 任務： 1. 八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)方案結構設計 2. 八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)的參數(shù)設計 3. 八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)三維仿真 主要內(nèi)容與基本要求 主要內(nèi)容： 1. 八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)方案結構設計 2. 八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)的參數(shù)設計 3. 八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)三維仿真 基本要求： 按照課題內(nèi)容，完成總體構型設計、方案設計和具體結構設計，完成三維、 二維裝配圖和零件圖，應用 完成 八輪星球探測車 運動仿真驗證。 完成畢業(yè)設計要求的各種文檔，包括開題報告、文獻綜述、外文翻譯、中 期報告及畢業(yè)設計論文等。 嚴格按照進度安排，保質(zhì)保量完成所承擔的任務；遵守實驗室相關規(guī)定。 主要參 考資料 及文獻 閱讀任務 [1] 鄒永廖，歐陽自遠，李春來 . 月球探測與研究進展 2000，20(10):932] 李圣怡，戴一帆，劉陽 . 月球火星探測與月球探測車研制初探 . 第二屆月球探測技術研討會論文集 . 北京 , 2001:1463] 李瑞玲 ， 丁希侖 ， 戰(zhàn)強 ,等 ． 變胞機構的機構學理論及在航天 中的應用 ． 2002 2002,8: 2304] 鄧宗全，胡 明，高海波 ,等 . 月球探測車關鍵技術及其原理樣機的研制 . 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 2002年深空探測技術與應用科學國際研討會 . 青島， 2002:295] 胡群芳 , 陳永杰 . 中國掀起月球車研制熱 . 深空探測研究 2 (3): 3[6] 劉方湖，陳建平 . 行星探測機器人的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 . 機器人 . 2002,24(3):268[7] 1997. [8] 高海波 哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文 1:19] et A of 6, 1994: 17510]付宜利，徐賀，王樹國等 . 沙地環(huán)境移動機器人驅(qū)動輪的發(fā)展概況綜述．機器人技術與應用 . 2004,4: 22[11]劉明治 ,高桂芳 . 空間可展開天線結構研究進展 . 宇航學報 . 2003, 24(1):8212]岳建如 結構設計與控制分析 2002:213]熊天齊 同濟大學碩士學位論文 . 2006,114] s 15]u, on a of 007 文 翻譯任務 [1] s 2] u, on a of 007 劃進度： 起止時間 內(nèi)容 研、信息匯 總，文獻查閱分析 文翻譯、文獻綜述、開題報告，并熟悉理論力學、機械原理等相關知識 交開題報告、文獻綜述及外文翻譯 題答辯 輪星球漫游車 的整體方案設計 輪星球漫游車 結構設計及零部件設計 維 配 維運動學分析仿真 構改進設計及畢業(yè)論文撰寫 成并提交畢業(yè)論文 理材料準備答辯 文答辯 實習地點 指導教師 簽 名 年 月 日 系 意 見 系主任簽名： 年 月 日 學院 蓋章 主管院長簽名： 年 月 日 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 充值后就可以下載此設計說明書。全套資料包含有相應的明書（附帶：任務書、開題報告、文獻綜述、外文翻譯）和 紙（共計 11 張圖紙）。 需要全套資料的朋友請 加 1： 1459919609 或 2： 1969043202， 需要其他設計題目直接聯(lián)系?。?！ 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 班 級 姓 名 課題名稱 八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)設計 目 錄 1 選題的背景與意義 內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 球車可展開移動系統(tǒng)概述 球車空間可展開機構概述 輪星球探測車研究 意義 2 研究的基本內(nèi)容 輪星球探測車整體的結構設計 輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)的參數(shù)設計 輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)三維仿真 3 研究方案、可行性分析及預期研究成果 究思路方案 行性分析 期研究成果 4 研究工作計劃 參考文獻 成績： 答 辯 意 見 答辯組長簽名： 年 月 日 系 主 任 審 核 意 見 簽名： 年 月 日 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 八輪星球探測車移動系統(tǒng)的設計與分析 程欣禹 (機械設計制造及其自動化 09(4)班 1 選題的背景與意義 月球是距離地球最近的自然天體，蘊藏大量的礦產(chǎn)資源，是人類飛離地球進行深空探測的第一站，也是理想的天然空間中轉(zhuǎn)站。月球所具有的巨大經(jīng)濟、政治和軍事價值使得月球探測成為人類一直關注的焦點 [1]。 星球車是月球探測中的重要媒介之一，已經(jīng)成為全世界廣泛研究的熱點。移動系統(tǒng)作為星球車整體系統(tǒng)的關鍵部分，其性能的好壞直接影響整個探測任務的成敗 [2]。 20世紀 90年代產(chǎn)生的以空間機構的折疊、伸展、組合為主要研究內(nèi)容的 “ 變胞機構”等機構學研究最新成果，為星球車可展開移動系統(tǒng)關鍵技術的研究奠定了理論基礎，但這方面的理論研究尤其是工程應用還有待于完善和發(fā)展 [3]。 由于航天器運載技術和發(fā)射費用的限制，在具有良好的環(huán)境自適應能力的前提下，體積小、質(zhì)量輕成為星球車研制的主要技術指標。因為減小星球車的體積，不僅可以減小其運載火箭的體積和質(zhì)量，節(jié)省推動力，降低發(fā)射成本，而且對提高發(fā)射的可靠性意義重大。而星球車體積小卻意味著其所搭載的儀器設備數(shù)量將減少，其直接效果是降低星球車的 探測能力。因此，如何使星球車在滿足預期的探測功能的前提下，盡可能少的占用運載器的有效載荷空間是一個很值得研究的課題。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 自 20世紀 60 年代以來，以美國、俄羅斯、法國、日本等發(fā)達國家為首，各國科研機構紛紛進行各種類型行星車的研制，有的甚至已進入實用化、商品化階段，如“勇氣號”火星車。在國內(nèi)，清華大學、哈爾濱工業(yè)大學 [4]、國防科技大學、北京航空航天大學、上海交通大學、華中科技大學和航天科技集團502所等高等院校及科研院所相繼開展了這方面的研究工作 [5]。 迄今為止，國內(nèi)外研究人 員從行星車移動系統(tǒng)的越障性能、地形適應能力、能耗等要求出發(fā)，研制出各類行星車移動系統(tǒng)產(chǎn)品及樣機多達四十余種。根據(jù)移動系統(tǒng)的體積大小不同，可分為微型、超小型、中型及大型等四類。根據(jù)操縱控制方式不同，可分為有人駕駛、無人駕駛遠程遙控兩類。根據(jù)移動方式不同，可分為履帶式、腿式、輪式、輪腿式等幾類 [6]，由于輪式移動系統(tǒng)具有運動速度快的優(yōu)點，故得到了廣泛研究。隨著各種懸架的出現(xiàn)，其越野能力已大大增強，可以與腿式移動系統(tǒng)相媲美 [27]。以下根據(jù)不同部位可展開輪式移動系統(tǒng)進一步分類。 球車可展開移動系統(tǒng)概述 體可展開移動系統(tǒng) 整體可展開移動系統(tǒng)以三輪移動系統(tǒng)為主，由于三個車輪聯(lián)接于同一個懸架，移動系統(tǒng)的折疊與展開需整體進行。具有代表性的有 日本 東京工業(yè)大學聯(lián)合開發(fā)的 采用軸環(huán)和可壓縮輪結構，具有較強的機動性，其體積折疊比可達到 373%。 移動系統(tǒng)整體展開的還有 美國國家技術標準局 (制的 索纜并聯(lián)機器人 ]。該移動系統(tǒng)由三組索桿鉸接在一個 桿可代替動力源驅(qū)動形成移動框架。通過索纜的順序張緊與釋放，改變索桿和車輪間相 對位置，可最終完成折疊與展開功能。 盤可展開移動系統(tǒng) 美國 0]是一種底盤可變形的四輪行星車。它采用前蘇聯(lián)Луноход 的自包含電動輪模塊概念、 式轉(zhuǎn)向連桿機構和 用均化懸掛系統(tǒng)平滑車體相對于車輪的運動，保證在各種地形情況下四輪都能同時著地。當?shù)妆P完全展開時 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 所占的包絡空間可比其折疊狀態(tài)時增加 35%，這種展開功能使底盤具備超越其裝載結構 20%的靜穩(wěn)定性。其底盤主要通過兩個四桿機構進行變形，當?shù)妆P展開時四桿機構變成 一個菱形，當?shù)妆P收縮時四桿機構則變成一條直線，每組四桿機構具有獨立的驅(qū)動裝置。 架可展開移動系統(tǒng) 懸架可展開移動系統(tǒng) 通過獨立懸架機構的折疊與展開實現(xiàn)體積變化，具有結構相對簡單的特點。該類型移動系統(tǒng)在美國 及“ 得到了成功應用 [11]。其中“ 疊收攏時采用蹲坐的方式，通過將搖臂桿在與車體連接的樞軸處分為兩部分實現(xiàn)。車體站起時，其它車輪不動，后輪被驅(qū)動向前，車體被拱起達到要求高度時，彈簧捕捉機構將其鎖定，使整車處于可工作狀態(tài)。 “ 火星車的折疊、展開與 “ 有很多不同 ， 它可實現(xiàn)長、寬、高三方向的折疊與展開?！?架的折疊主要通過懸架各構件間相對位置的改變來實現(xiàn)，參與折疊的構件包括后副搖臂 (前副搖臂( 副搖臂鉸軸 (后主搖臂 (主搖臂轉(zhuǎn)動副 (前主搖臂 (主搖臂展開驅(qū)動電機 (部分。當“ 疊時，后副搖臂沿著滑道縮入前副搖臂，使中輪與后輪的輪距縮小，從而減小整車長度尺寸；后主搖臂通過副搖臂鉸軸及主搖臂轉(zhuǎn)動副分別與副搖臂及前主搖臂發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)車體的蹲伏，縮小整車高度尺寸；前主搖臂繞主搖臂轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動，使車輪轉(zhuǎn)向內(nèi)側，減小車體前端寬度尺寸。 輪可展開移動系統(tǒng) 可展開車輪在國內(nèi)外的研究均較少， 60 年代美國設計了一種圓規(guī)腿步行輪[12]，它通過多種傳感器獲得車輛的位姿信息，由計算機控制參數(shù)的變化，能完全補償步行輪的多邊形效應，并能在步行輪和普通輪之間轉(zhuǎn) 換以適應地面的坡度、越過障礙并保持行駛平順性。在國內(nèi)，北航研制出一種可重復展開式車輪，與圓規(guī)腿步行輪工作方式相仿，這種車輪在星球車移動過程中可根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的指令展開與折疊。哈爾濱工業(yè)大學機電工程學院在可展開式車輪上，進行了初步的研究，研制出幾種可展開式車輪。 球車空間可展開機構概述 可展開式星球車在地面上被收攏成折疊狀態(tài)，固定于運載工具的有效載荷艙內(nèi)，隨著陸器降落到月面后，根據(jù)地面的控制指令逐步完成展開動作，然后鎖定并保持為移動系統(tǒng)工作狀態(tài)，屬于一種特殊的空間可展開機構。 間可展 開機構研究現(xiàn)狀 20世紀 60年代可展開機構的概念最初在建筑領域被提出，并得到成功應用。隨著航空航天技術的發(fā)展，以太空應用為背景的空間可展開機構得到廣泛的研究與應用。空間可展開機構的主要形式包括太陽帆板、伸展臂、空間可展開天線、空間操作平臺、雷達定位桿、空間望遠鏡調(diào)焦機構、空間望遠鏡展開鏡面機構等，其中大型展開天線和太陽帆是大型空間可展開機構研究最活躍、深入的領域。 20世紀 70年代后期美國航天局 (其近期、遠期發(fā)展規(guī)劃 中提出了各種形式的展開天線 [13]，并對其概念設計、分析理論方法、具體應用設計技術開發(fā)進行了系統(tǒng)深入的研究。俄羅斯宇航局也在可展開機構設計發(fā)展應用上做出了卓越貢獻，尤其在“和平號”空間站上。劍橋大學與歐空局共同建立了可展開機構實驗室，對可展開機構進行理論研究及應用。同時歐空局在其衛(wèi)星發(fā)展計劃中也對可展開機構技術進行了深入的研究。日本宇宙科學研究所（ 日本宇航中心（ 及加拿大和印度等國在展開折疊技術研究應用上紛紛發(fā)展了自己的技術。我國對空間可展開機構的研究起步較晚，具有代表性的是浙江大學 關富玲教授領導的課題組，對伸展臂及空間可展天線等在設計原理、運動規(guī)劃、靜力分析、動 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 力分析、機構設計等方面進行了研究及實驗 [14]。 間可展開機構的分類 目前空間可展開機構還沒有統(tǒng)一的分類原則，可以按展開動力、結構型式、展開順序等多種方式進行分類。如按照折疊機構組成單元類型可分為桿系單元、板系單元，而桿系單元又可分為剪式鉸單元與伸縮式單元；依照機構展開成型后的穩(wěn)定平衡方式可分為自穩(wěn)定可展開機構與附加支承可展開機構；而按展開驅(qū)動方式進行分類最為詳細，包括下面五種情況 [15]。 動 利用電機驅(qū)動主動件或者是通過傳動使機構展開。根據(jù)機構的要求和形式的不同，電機的分布方式也不盡相同，主要有分散布置和集中布置兩種方式。采用微電機驅(qū)動時，在設計中要考慮是使機構整體展開還是使其逐級展開。如環(huán)柱狀天線 (用整體展開，通過中心電機驅(qū)動環(huán)向索帶動各個肋支座轉(zhuǎn)動從而使機構整體展開。 簧驅(qū)動 彈簧種類很多，包括拉壓簧、扭簧、蝶簧、塔簧等。在可伸展機構中，主要使用拉壓簧和扭簧。如果在機構接點或桿件中點安放彈簧，在折疊過 程中，彈簧存儲了一定的應變能，當機構解鎖后，應變能釋放，驅(qū)動 機構 整體展開。美國 司的 線屬于彈簧驅(qū)動。對于拉壓簧驅(qū)動，在需要變化長度的桿件中間設置拉伸彈簧，機構處于收納狀態(tài)時，彈簧處于拉伸狀態(tài)而存儲彈性能量，當機構解鎖后，拉伸彈簧的收縮驅(qū)動機構展開，應用廣泛的自適應可展機構采用的就是這一展開方式。對于扭簧驅(qū)動，在機構的節(jié)點或桿件中點處按特定要求設置扭簧，機構處于收納狀態(tài)時扭簧受預緊力存儲彈性變形能，當機構解鎖后扭簧釋放彈性能量，驅(qū)動機構同步展開。大型桁架機構多采用這種方法，如俄羅斯研 制的 列，美國 制的 壓或氣壓驅(qū)動 這里所指的有兩種情況，一種是指機械范圍內(nèi)的驅(qū)動，通常由液壓或氣壓系統(tǒng)推動桿件或構件運動，從而帶動整個系統(tǒng)伸展。另一種是充氣膜結構，該結構以柔性薄膜材料制造，內(nèi)部為空腔，通過向結構內(nèi)部充入氣體而使結構膨脹展開，生成預先設計的形狀，并實現(xiàn)其功能要求。為了增強結構的可靠性，在展開后一般還需進行結構表面的固化工作，以防止結構因漏氣而影響工作性能。目前折疊 /展開方式主要有 3 種： Z 形折疊 /展開、卷曲式折疊 /展開以及噴出式折疊 /展開。 20 世紀 90 年代以來，國際上對充氣膜結構的研究開始升溫。目前對充氣太空結構的研究主要集中在通訊衛(wèi)星、空間站、深空探測、火星計劃等領域。美國宇航局還為充氣膜結構的研究制訂了中長期計劃。中期計劃包括發(fā)展太陽帆板、天線、太陽防護罩、太陽陣列以及工業(yè)雷達結構技術；長期計劃包括將充氣天線及太陽帆板應用于實際，以及發(fā)展 氣太空船技術等。 伸展驅(qū)動 機構的一部分構件、某些特定構件的中點或整個機構由記憶合金等特殊元件或特殊材料做成，使其在特定環(huán) 境下可按設計要求自動展開，如美國 發(fā)的整體展開應用技術。另外充氣硬化機構也是一種自伸展機構，其在一定的環(huán)境條件下會自動展開。 合驅(qū)動 有些可展機構的展開和收攏過程需要以上兩種或者幾種方式聯(lián)合起來進行驅(qū)動。 輪星球探測車 研究 意義 本課題主要進行八輪扭桿搖臂式星球車可展開移動系統(tǒng)關鍵技術的研究。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 其研究成果對于星球車可展開移動系統(tǒng)的進一步研制乃至其它空間可展開機構應用技術的研究均具有一定的借鑒意義。 2 研究的基本內(nèi)容 本次畢業(yè)設計中主要完成的內(nèi)容包括： 1）八輪星球探測車整體的結構設計 對八輪扭桿搖臂式星球車可展開移動系統(tǒng)進行設計，包括車輪部件、懸架部件及懸架展開動力源。根據(jù)車輪部件獨立驅(qū)動、獨立轉(zhuǎn)向的功能要求，進行驅(qū)動傳動裝置及轉(zhuǎn)向裝置的設計，同時采用可展開車輪新構型設計相應的輪輻結構。 2） 八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)的參數(shù)設計 根據(jù) 八輪扭桿搖臂星球車 車型特點， 建立了 由結構尺寸參數(shù)表征的 越障通過性能參數(shù)表達式， 對移動系統(tǒng)的越障通過性能進行 了 全面分析 。 在此基礎上，求解并確定了主要結構尺寸，保證了所設計星球車的越障性能。 3） 八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)三 維仿真 通過建立的三維模型，對展開過程進行仿真。 3 研究思路方案、可行性分析及預期成果 本設計論文擬采用理論分析與三維建模與仿真實驗的方法，在前人的基礎上，通過三維 環(huán)境完成八輪星球探測車的設計仿真，并對其進行初步的運動學分析。 究思路方案 具體思路方案包含以下三個方面： 據(jù)月球表面情況對 八輪星球探測車進行 結構設計 包括整體可展開移動系統(tǒng)、底盤可展開移動系統(tǒng)、車輪可展開移動系統(tǒng)，基于以上理論可進行對八輪星球探測車機構原理分析。 輪星球探測車 目前 ,隨著計算機輔助技術的不斷發(fā)展 ,三維造型軟件功能不斷完善 ,傳統(tǒng)的二維設計正逐漸被三維實體設計所代替。 988年開發(fā)的參數(shù)化設計系統(tǒng) ,是一套由設計至生產(chǎn)的機械自動化的三維實體模型 (3計軟件 ,它不僅具有 強大功能 ,同時還具有 功能 ,廣泛應用于工業(yè)設計、機械設計、模具設計、機構分析、有限元分析、加工制造及關系數(shù)據(jù)庫管理等領域。而且能同時支持針對同一產(chǎn)品進行同步設計 ,具有單一數(shù)據(jù)庫、全相關性、以特征為基礎的參數(shù)式模型和尺寸參數(shù)化 等優(yōu)點。采用三維 計的產(chǎn)品 ,是和實物完全相同的數(shù)字產(chǎn)品 ,零部件之間的干涉一目了然 ,件能計算零部件之間的干涉和體積 ,把錯誤消滅在設計階段 [9]。 運用 通過對特征工具的操作 ,避免高級語言的復雜編程 ,所開發(fā)設計出來的八輪星球探測車 ,便于研究人員通過對界面特征工具的操作 ,生成八輪星球探測車實體模型，甚至輸出所需要的工程圖及相關分析數(shù)據(jù)。這樣既可輔助研究人員完成其設計構思、減輕勞動強度、提高效率和精度、改善視覺的立體效果 ,并可有效地縮短研制周期 ,提高設計制 造的成功率 ;也為后續(xù)的3 輪星球探測車 運動仿真是機構設計的一個重要內(nèi)容 , 在 通過對機構添加運動副、驅(qū)動器使其運動起來 ,來實現(xiàn)機構的運動仿真。通過仿真技術可以在進行整體設計和零件設計后 , 對各種零件進行裝配后模擬機構的運動 , 從而檢查機構的運動是否達到設計的要求 , 可以檢查機構運動中各種運動構件之間是否發(fā)生干涉，實現(xiàn)機構的設計與運動軌跡校核。同時 , 可直接分析各運動副與構件在某一時刻的位置、運動量以及 各運動副之間的相互運動關系及關鍵部件的受力情況。在 不需要復雜的數(shù)學建 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 模、也不需要復雜的計算機語言編程 ,而是以實體模型為基礎 ,集設計與運動分析于一體 ,實現(xiàn)產(chǎn)品設計、分析的參數(shù)化和全相關 ,反映機構的真實運動情況。 本次畢業(yè)設計 以 及其中的運動學 仿真 功能 建立 八輪星球探測車 的運動仿真模型。首先在 中建立 八輪星球探測車 的三維后 完成八輪星球探測車的裝配，設置 機構運動的初始位置，添加驅(qū)動和約束，進行運動仿真。在整個過程中，需要 對建立模型等前續(xù)工作進行不斷的修改和完善，才能生成所要求的 八輪星球探測車 的仿真模型。 行性分析 移動系統(tǒng) 的結構設計 和 研究 是星球車 方面研究的基礎 。 因此 ，對 具有理想結構的 星球車 移動系統(tǒng) 進行運動學和動力學、控制理論、信息集成等方面的研究是最有效也是最有意義的 。 因此 ,要 進行 星球車 移動系統(tǒng) 的結構設計研究 ，從幾何、運動學、動力學及結構關系等不同角度對多指靈巧手進行研究 , 使星球車能完美的在星球表面上運動。 在前人研究工作基礎上，本設計論文進行 欠驅(qū)動多指手設計與仿真，在基本原理上是可行的。 本設計的工作主要涉及力 學、機械原理和機械設計等方面的知識，以及 人已學習了這些相關課程，并取得了較好的成績，掌握了本設計所需的基本知識。 指導老師在星球探測車的相關研究方面具有很多成功的經(jīng)驗，本設計的 研究方法思路經(jīng)過深思熟慮，切實可行，能夠確保畢業(yè)設計的順利完成并取得預期的研究成果。 期研究成果 設計出八輪星球探測車，完成三維建模。通過仿真分析，保證設計能較好的滿足設計要求 。 ４ 研究工作計劃 起止時間 內(nèi)容 研、信息匯總，文獻查閱分析 文翻譯、文獻綜述、開題報告，并熟悉理論力學、機械原理等相關知識 交開題報告、文獻綜述及外文翻譯 題答辯 輪星球探測車移動系統(tǒng) 的整體方案設計 輪星球探測車移動系統(tǒng)的 結構設計及零部件設計 維 配、三維運動學分析仿真 構改進設計及畢業(yè)論文撰寫 成并提交畢業(yè)論文 理材料準備答辯 參考文獻 [16]鄒永廖，歐陽自遠，李春來 . 月球探測與研究進展 2000，20(10):9317]李圣怡，戴一帆，劉陽 . 月球火星探測與月球探測車研制初探 . 第二屆月球探測技術研討會論文集 . 北京 , 2001:14618]李瑞玲 ， 丁希侖 ， 戰(zhàn)強 ,等 ． 變胞機構的機構學理論及在航天中的應用 ． 2002 2002,8: 23019]鄧宗全，胡 明，高海波 ,等 . 月球探測車關鍵技術及其原理樣機的研制 . 2002年深空探測技術與應用科學國際研討會 . 青島， 2002:2920]胡群芳 , 陳永杰 . 中國掀起星球車研制熱 . 深空探測研究 2 (3): 3[21]劉方湖，陳建平 . 行星探測機器人的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 . 機器人 . 2002,24(3):268[22]1997. 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 [23]高海波 哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文 1:124]et A of 6, 1994: 17525]E. J. A. et A of 998:61126]et 006:1927]付宜利，徐賀，王樹國等 . 沙地環(huán)境移動機器人驅(qū)動輪的發(fā)展概況綜述．機器人技術與應用 . 2004,4: 22[28]劉明治 ,高桂芳 . 空間可展開天線結構研究進展 . 宇航學報 . 2003, 24(1):8229]岳建如 浙江大學博士學位論文 . 2002:230]熊天齊 同濟大學碩士學位論文 . 2006,1江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）文獻綜述報告 班 級 姓 名 課題 名稱 八輪星球漫游車移動系統(tǒng)的設計與分析 目 錄 1 前言 2 星球車可展開移動系統(tǒng)概述 體可展開移動系統(tǒng) 盤可展開移動系統(tǒng) 架可展開移動系統(tǒng) 輪可展開移動系統(tǒng) 3 星球車空間可展開機構概述 間可展開機構研究現(xiàn)狀 間可展開機構的分類 4 總結 參考文獻 指導 教師 審批 意見 簽名： 年 月 日 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 八輪星球漫游車移動系統(tǒng)的設計與分析 程欣禹 (機械設計制造及其自動化 09(4)班 1 前言 月球是距離地球最近的自然天體，蘊藏大量的礦產(chǎn)資源，是人類飛離地球進行深空探測的第一站，也是理想的天然空間中轉(zhuǎn)站。月球所具有的巨大經(jīng)濟、政治和軍事價值使得月球探測成為人類一直關注的焦點 [1]。 月球車是月球探測中的重要媒介之一，已經(jīng)成為全世界廣泛研究的熱點。移動系統(tǒng)作為月球車整體系統(tǒng)的關鍵部分，其性能的好壞直接影響整個探測任務的成敗 [2]。 20世紀 90年代產(chǎn)生的以空間機構的折疊、伸展、組合為主要研究內(nèi)容的 “ 變胞機構”等機構學研究最新成果，為月球車可展開移動系統(tǒng)關鍵技術的研究奠定了理論基礎，但這方面 的理論研究尤其是工程應用還有待于完善和發(fā)展 [3]。 由于航天器運載技術和發(fā)射費用的限制，在具有良好的環(huán)境自適應能力的前提下，體積小、質(zhì)量輕成為月球車研制的主要技術指標。因為減小月球車的體積，不僅可以減小其運載火箭的體積和質(zhì)量，節(jié)省推動力，降低發(fā)射成本，而且對提高發(fā)射的可靠性意義重大。而月球車體積小卻意味著其所搭載的儀器設備數(shù)量將減少，其直接效果是降低月球車的探測能力。因此，如何使月球車在滿足預期的探測功能的前提下，盡可能少的占用運載器的有效載荷空間是一個很值得研究的課題。 因此，本課題主要進行八輪扭桿搖臂式 月球車可展開移動系統(tǒng)關鍵技術的研究。其研究成果對于月球車可展開移動系統(tǒng)的進一步研制乃至其它空間可展開機構應用技術的研究均具有一定的借鑒意義。 2 星球車可展開移動系統(tǒng)概述 自 20世紀 60 年代以來，以美國、俄羅斯、法國、日本等發(fā)達國家為首，各國科研機構紛紛進行各種類型行星車的研制，有的甚至已進入實用化、商品化階段，如“勇氣號”火星車。在國內(nèi)，清華大學、哈爾濱工業(yè)大學 [4]、國防科技大學、北京航空航天大學、上海交通大學、華中科技大學和航天科技集團502所等高等院校及科研院所相繼開展了這方面的研究工作 [5]。 迄 今為止，國內(nèi)外研究人員從行星車移動系統(tǒng)的越障性能、地形適應能力、能耗等要求出發(fā)，研制出各類行星車移動系統(tǒng)產(chǎn)品及樣機多達四十余種。根據(jù)移動系統(tǒng)的體積大小不同，可分為微型、超小型、中型及大型等四類。根據(jù)操縱控制方式不同，可分為有人駕駛、無人駕駛遠程遙控兩類。根據(jù)移動方式不同，可分為履帶式、腿式、輪式、輪腿式等幾類 [6]，由于輪式移動系統(tǒng)具有運動速度快的優(yōu)點，故得到了廣泛研究。隨著各種懸架的出現(xiàn)，其越野能力已大大增強，可以與腿式移動系統(tǒng)相媲美 [27]。以下根據(jù)不同部位可展開輪式移動系統(tǒng)進一步分類。 體可 展開移動系統(tǒng) 整體可展開移動系統(tǒng)以三輪移動系統(tǒng)為主，由于三個車輪聯(lián)接于同一個懸架，移動系統(tǒng)的折疊與展開需整體進行。具有代表性的有 日本 東京工業(yè)大學聯(lián)合開發(fā)的 采用軸環(huán)和可壓縮輪結構，具有較強的機動性，其體積折疊比可達到 373%，參見圖 2 圖 2星車 [8] 移動系統(tǒng)整體展開的還有 美國國家技術標準局 (制的 索纜并聯(lián)機器人 ]。該移動系統(tǒng)由三組索桿鉸接在一個 桿可代替動力源驅(qū)動形成移動框架。通過索纜的順序張緊與釋放，改變索桿和車輪間相對位置，可最終完成折疊與展開功能，圖 2兩款樣 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 機照片和其展開過程概念示意圖。 圖 2機與展開示意圖 [9] 盤可展開移動系統(tǒng) 美國 0]是一種底盤可變形的四輪行星車。它采用前蘇聯(lián)Луноход 的自包含電動輪模塊概念、 式轉(zhuǎn)向連桿機構和 用均化懸掛系統(tǒng)平滑車體相 對于車輪的運動，保證在各種地形情況下四輪都能同時著地。當?shù)妆P完全展開時所占的包絡空間可比其折疊狀態(tài)時增加 35%，這種展開功能使底盤具備超越其裝載結構 20%的靜穩(wěn)定性。其底盤主要通過兩個四桿機構進行變形，當?shù)妆P展開時四桿機構變成一個菱形，當?shù)妆P收縮時四桿機構則變成一條直線，每組四桿機構具有獨立的驅(qū)動裝置。其樣機模型及底盤變形前后示意圖參見圖 2 圖 2星車和 盤結構 [10] 架可展開移動系統(tǒng) 懸架可展 開移動系統(tǒng) 通過獨立懸架機構的折疊與展開實現(xiàn)體積變化，具有 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 結構相對簡單的特點。該類型移動系統(tǒng)在美國 及“ 得到了成功應用 [11]。其中“ 疊收攏時采用蹲坐的方式，通過將搖臂桿在與車體連接的樞軸處分為兩部分實現(xiàn)。車體站起時，其它車輪不動，后輪被驅(qū)動向前，車體被拱起達到要求高度時，彈簧捕捉機構將其鎖定，使整車處于可工作狀態(tài)，參見圖 2 a) 展開狀態(tài) b) 折疊狀態(tài) 圖 2折疊狀態(tài)與展開狀態(tài) “ 星車的折疊、展開與“ 有很多不同，它可實現(xiàn)長、寬、高三方向的折疊與展開?！?側懸架結構參見圖 2架的折疊主要通過懸架各構件間相對位置的改變來實現(xiàn)，參與折疊的構件包括后副搖臂 (前副搖臂 ( 副搖臂鉸軸 (后主搖臂 (主搖臂轉(zhuǎn)動副 (前主搖臂( 主搖臂展開驅(qū)動電機 (部分。當“ 疊時，后副搖臂沿著滑道縮入前副搖臂，使中輪與后輪的輪距縮小，從而減小整車長度尺寸；后主搖臂通過副搖臂鉸軸及主搖臂轉(zhuǎn)動副分別與副搖臂及前主搖臂發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)車體的蹲伏，縮小整車高度尺寸；前主搖臂繞主搖臂轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動，使車輪轉(zhuǎn)向內(nèi)側，減小車體前端寬度尺寸，實現(xiàn)如圖 2 圖 2 星探測車單側懸架結構示意圖 [11] a) 折疊狀態(tài) b) 展開狀態(tài) 圖 2 星探測車折疊狀態(tài)與展開狀態(tài)的對比 輪可展開移動系統(tǒng) 可展開車輪在國內(nèi)外的研究均較少， 60 年代美國設計了一種圓規(guī)腿步行輪[12]，它通過多種傳感器獲得車輛的位姿信息，由計算機控制參數(shù)的變化，能完全補償步行輪的多邊形效應，并能在步行輪和普通輪之間轉(zhuǎn)換以適應地面的坡度、越 過障礙并保持行駛平順性，參見圖 2國內(nèi)，北航研制出一種可重復展開式車輪，與圓規(guī)腿步行輪工作方式相仿，這種車輪在月球車移動過程中可根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的指令展開與折疊。哈爾濱工業(yè)大學機電工程學院在可展開式車輪上，進行了初步的研究，研制出幾種可展開式車輪，實物模型參見圖2 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 圖 2規(guī)腿步行輪示意圖 [12] 圖 2展開車輪實物圖 [8] 3 星球車空間可展開機構概述 可展開式月球車在地面上被收攏成折疊狀態(tài)，固定于運載工具的有效載荷艙內(nèi)，隨著陸器降落到 月面后，根據(jù)地面的控制指令逐步完成展開動作，然后鎖定并保持為移動系統(tǒng)工作狀態(tài)，屬于一種特殊的空間可展開機構。 間可展開機構研究現(xiàn)狀 20世紀 60年代可展開機構的概念最初在建筑領域被提出，并得到成功應用。隨著航空航天技術的發(fā)展，以太空應用為背景的空間可展開機構得到廣泛的研究與應用?？臻g可展開機構的主要形式包括太陽帆板、伸展臂、空間可展開天線、空間操作平臺、雷達定位桿、空間望遠鏡調(diào)焦機構、空間望遠鏡展開鏡面機構等，其中大型展開天線和太陽帆是大型空間可展開機構研究最活躍、深入的領域。 20世紀 70年代后期 美國航天局 (其近期、遠期發(fā)展規(guī)劃中提出了各種形式的展開天線 [13]，并對其概念設計、分析理論方法、具體應用設計技術開發(fā)進行了系統(tǒng)深入的研究。俄羅斯宇航局也在可展開機構設計發(fā)展應用上做出了卓越貢獻，尤其在“和平號”空間站上。劍橋大學與歐空局共同建立了可展開機構實驗室，對可展開機構進行理論研究及應用。同時歐空局在其衛(wèi)星發(fā)展計劃中也對可展開機構技術進行了深入的研究。日本宇宙科學研究所（ 日本宇航中心（ 及加拿大和印度等國在展開折疊技術研究應用上紛紛發(fā)展了自己的技術。我國對空間可展開機構的研究起步較晚，具有代表性的是浙江大學關富玲教授領導的課題組，對伸展臂及空間可展天線等在設計原理、運動規(guī)劃、靜力分析、動力分析、機構設計等方面進行了研究及實驗 [14]。 間可展開機構的分類 目前空間可展開機構還沒有統(tǒng)一的分類原則，可以按展開動力、結構型式、展開順序等多種方式進行分類。如按照折疊機構組成單元類型可分為桿系單元、板系單元，而桿系單元又可分為剪式鉸單元與伸縮式單元；依照機構展開成型后的穩(wěn)定平衡方式可分 為自穩(wěn)定可展開機構與附加支承可展開機構；而按展開驅(qū)動方式進行分類最為詳細，包括下面五種情況 [15]。 利用電機驅(qū)動主動件或者是通過傳動使機構展開。根據(jù)機構的要求和形式的不同，電機的分布方式也不盡相同，主要有分散布置和集中布置兩種方式。采用微電機驅(qū)動時，在設計中要考慮是使機構整體展開還是使其逐級展開。如環(huán)柱狀天線 (用整體展開，通過中心電機驅(qū)動環(huán)向索帶動各個肋支座轉(zhuǎn)動從而使機構整體展開。 簧驅(qū)動 彈簧種類很多 ，包括拉壓簧、扭簧、蝶簧、塔簧等。在可伸展機構中，主要使用拉壓簧和扭簧。如果在機構接點或桿件中點安放彈簧，在折疊過程中，彈簧存儲了一定的應變能，當機構解鎖后，應變能釋放，驅(qū)動 機構 整體展開。美國 司的 線屬于彈簧驅(qū)動。對于拉壓簧驅(qū)動，在需要變化長度的桿件中間設置拉伸彈簧，機構處于收納狀態(tài)時，彈簧處于拉伸狀態(tài)而存儲彈性能量，當機構解鎖后，拉伸彈簧的收縮驅(qū)動機構展開，應用廣泛的自適應可展機構采用的就是這一展開方式。對于扭簧驅(qū)動，在機構的節(jié)點或桿件中 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 點處按特定要求設置扭簧，機構處于收納狀態(tài)時 扭簧受預緊力存儲彈性變形能，當機構解鎖后扭簧釋放彈性能量，驅(qū)動機構同步展開。大型桁架機構多采用這種方法，如俄羅斯研制的 列，美國 制的 壓或氣壓驅(qū)動 這里所指的有兩種情況，一種是指機械范圍內(nèi)的驅(qū)動，通常由液壓或氣壓系統(tǒng)推動桿件或構件運動，從而帶動整個系統(tǒng)伸展。另一種是充氣膜結構，該結構以柔性薄膜材料制造，內(nèi)部為空腔，通過向結構內(nèi)部充入氣體而使結構膨脹展開，生成預先設計的形狀，并實現(xiàn)其功能要求。為了增強結構的可靠性，在展 開后一般還需進行結構表面的固化工作，以防止結構因漏氣而影響工作性能。目前折疊 /展開方式主要有 3 種： Z 形折疊 /展開、卷曲式折疊 /展開以及噴出式折疊 /展開。 20 世紀 90 年代以來，國際上對充氣膜結構的研究開始升溫。目前對充氣太空結構的研究主要集中在通訊衛(wèi)星、空間站、深空探測、火星計劃等領域。美國宇航局還為充氣膜結構的研究制訂了中長期計劃。中期計劃包括發(fā)展太陽帆板、天線、太陽防護罩、太陽陣列以及工業(yè)雷達結構技術；長期計劃包括將充氣天線及太陽帆板應用于實際，以及發(fā)展 氣太空船技術等。 伸 展驅(qū)動 機構的一部分構件、某些特定構件的中點或整個機構由記憶合金等特殊元件或特殊材料做成，使其在特定環(huán)境下可按設計要求自動展開，如美國 發(fā)的整體展開應用技術。另外充氣硬化機構也是一種自伸展機構，其在一定的環(huán)境條件下會自動展開。 合驅(qū)動 有些可展機構的展開和收攏過程需要以上兩種或者幾種方式聯(lián)合起來進行驅(qū)動。 4 總結 如上所述 , 目前已經(jīng)制造出來的這些 星球車移動系統(tǒng) 或多或少的都存在不同方面的問題，都有許多不完善的地方 ，如 結構型式、結構尺寸、傳動及驅(qū)動方式等方面 都有待發(fā) 展，特別 是對 對可展開移動系統(tǒng)的越障通過性能以及展開運動中的動態(tài)特性進行研究 還比較少 。 移動系統(tǒng) 的結構設計 和 研究 是星球車 方面研究的基礎 。 因此 ，對 具有理想結構的 星球車 移動系統(tǒng) 進行運動學和動力學、控制理論、信息集成等方面的研究是最有效也是最有意義的 。 因此 ,要 進行 星球車 移動系統(tǒng) 的結構設計研究 ，從幾何、運動學、動力學及結構關系等不同角度對多指靈巧手進行研究 , 使星球車能完美的在星球表面上運動。 參考文獻 [31]鄒永廖，歐陽自遠，李春來 . 月球探測與研究進展 2000，20(10):9332]李圣怡 ，戴一帆，劉陽 . 月球火星探測與月球探測車研制初探 . 第二屆月球探測技術研討會論文集 . 北京 , 2001:14633]李瑞玲 ， 丁希侖 ， 戰(zhàn)強 ,等 ． 變胞機構的機構學理論及在航天中的應用 ． 2002 2002,8: 230 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 [34]鄧宗全，胡 明，高海波 ,等 . 月球探測車關鍵技術及其原理樣機的研制 . 2002年深空探測技術與應用科學國際研討會 . 青