八輪星球探測(cè)車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)論文】

《八輪星球探測(cè)車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)論文】》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《八輪星球探測(cè)車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)論文】（72頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

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[8] 高海波 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文 1:19] et A of 6, 1994: 17510]付宜利，徐賀，王樹(shù)國(guó)等 . 沙地環(huán)境移動(dòng)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)輪的發(fā)展概況綜述．機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 . 2004,4: 22[11]劉明治 ,高桂芳 . 空間可展開(kāi)天線結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展 . 宇航學(xué)報(bào) . 2003, 24(1):8212]岳建如 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制分析 2002:213]熊天齊 同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文 . 2006,114] s 15]u, on a of 007 文 翻譯任務(wù) [1] s 2] u, on a of 007 劃進(jìn)度： 起止時(shí)間 內(nèi)容 研、信息匯 總，文獻(xiàn)查閱分析 文翻譯、文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告，并熟悉理論力學(xué)、機(jī)械原理等相關(guān)知識(shí) 交開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述及外文翻譯 題答辯 輪星球漫游車 的整體方案設(shè)計(jì) 輪星球漫游車 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及零部件設(shè)計(jì) 維 配 維運(yùn)動(dòng)學(xué)分析仿真 構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)及畢業(yè)論文撰寫(xiě) 成并提交畢業(yè)論文 理材料準(zhǔn)備答辯 文答辯 實(shí)習(xí)地點(diǎn) 指導(dǎo)教師 簽 名 年 月 日 系 意 見(jiàn) 系主任簽名： 年 月 日 學(xué)院 蓋章 主管院長(zhǎng)簽名： 年 月 日 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 充值后就可以下載此設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。全套資料包含有相應(yīng)的明書(shū)（附帶：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、外文翻譯）和 紙（共計(jì) 11 張圖紙）。 需要全套資料的朋友請(qǐng) 加 1： 1459919609 或 2： 1969043202， 需要其他設(shè)計(jì)題目直接聯(lián)系?。?！ 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 班 級(jí) 姓 名 課題名稱 八輪星球探測(cè)車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(shì) 球車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)概述 球車空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)概述 輪星球探測(cè)車研究 意義 2 研究的基本內(nèi)容 輪星球探測(cè)車整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 輪星球探測(cè)車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì) 輪星球探測(cè)車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)三維仿真 3 研究方案、可行性分析及預(yù)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(jì)劃 參考文獻(xiàn) 成績(jī)： 答 辯 意 見(jiàn) 答辯組長(zhǎng)簽名： 年 月 日 系 主 任 審 核 意 見(jiàn) 簽名： 年 月 日 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 八輪星球探測(cè)車移動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 程欣禹 (機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)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(yùn)藏大量的礦產(chǎn)資源，是人類飛離地球進(jìn)行深空探測(cè)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(jì)、政治和軍事價(jià)值使得月球探測(cè)成為人類一直關(guān)注的焦點(diǎn) [1]。 星球車是月球探測(cè)中的重要媒介之一，已經(jīng)成為全世界廣泛研究的熱點(diǎn)。移動(dòng)系統(tǒng)作為星球車整體系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其性能的好壞直接影響整個(gè)探測(cè)任務(wù)的成敗 [2]。 20世紀(jì) 90年代產(chǎn)生的以空間機(jī)構(gòu)的折疊、伸展、組合為主要研究?jī)?nèi)容的 “ 變胞機(jī)構(gòu)”等機(jī)構(gòu)學(xué)研究最新成果，為星球車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究奠定了理論基礎(chǔ)，但這方面的理論研究尤其是工程應(yīng)用還有待于完善和發(fā)展 [3]。 由于航天器運(yùn)載技術(shù)和發(fā)射費(fèi)用的限制，在具有良好的環(huán)境自適應(yīng)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(shù)指標(biāo)。因?yàn)闇p小星球車的體積，不僅可以減小其運(yùn)載火箭的體積和質(zhì)量，節(jié)省推動(dòng)力，降低發(fā)射成本，而且對(duì)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(shè)備數(shù)量將減少，其直接效果是降低星球車的 探測(cè)能力。因此，如何使星球車在滿足預(yù)期的探測(cè)功能的前提下，盡可能少的占用運(yùn)載器的有效載荷空間是一個(gè)很值得研究的課題。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 自 20世紀(jì) 60 年代以來(lái)，以美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家為首，各國(guó)科研機(jī)構(gòu)紛紛進(jìn)行各種類型行星車的研制，有的甚至已進(jìn)入實(shí)用化、商品化階段，如“勇氣號(hào)”火星車。在國(guó)內(nèi)，清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué) [4]、國(guó)防科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)、華中科技大學(xué)和航天科技集團(tuán)502所等高等院校及科研院所相繼開(kāi)展了這方面的研究工作 [5]。 迄今為止，國(guó)內(nèi)外研究人 員從行星車移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能、地形適應(yīng)能力、能耗等要求出發(fā)，研制出各類行星車移動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品及樣機(jī)多達(dá)四十余種。根據(jù)移動(dòng)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(wú)人駕駛遠(yuǎn)程遙控兩類。根據(jù)移動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)具有運(yùn)動(dòng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)，可以與腿式移動(dòng)系統(tǒng)相媲美 [27]。以下根據(jù)不同部位可展開(kāi)輪式移動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步分類。 球車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)概述 體可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng) 整體可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)以三輪移動(dòng)系統(tǒng)為主，由于三個(gè)車輪聯(lián)接于同一個(gè)懸架，移動(dòng)系統(tǒng)的折疊與展開(kāi)需整體進(jìn)行。具有代表性的有 日本 東京工業(yè)大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的 采用軸環(huán)和可壓縮輪結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，其體積折疊比可達(dá)到 373%。 移動(dòng)系統(tǒng)整體展開(kāi)的還有 美國(guó)國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)局 (制的 索纜并聯(lián)機(jī)器人 ]。該移動(dòng)系統(tǒng)由三組索桿鉸接在一個(gè) 桿可代替動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)形成移動(dòng)框架。通過(guò)索纜的順序張緊與釋放，改變索桿和車輪間相 對(duì)位置，可最終完成折疊與展開(kāi)功能。 盤(pán)可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng) 美國(guó) 0]是一種底盤(pán)可變形的四輪行星車。它采用前蘇聯(lián)Луноход 的自包含電動(dòng)輪模塊概念、 式轉(zhuǎn)向連桿機(jī)構(gòu)和 用均化懸掛系統(tǒng)平滑車體相對(duì)于車輪的運(yùn)動(dòng)，保證在各種地形情況下四輪都能同時(shí)著地。當(dāng)?shù)妆P(pán)完全展開(kāi)時(shí) 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 所占的包絡(luò)空間可比其折疊狀態(tài)時(shí)增加 35%，這種展開(kāi)功能使底盤(pán)具備超越其裝載結(jié)構(gòu) 20%的靜穩(wěn)定性。其底盤(pán)主要通過(guò)兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行變形，當(dāng)?shù)妆P(pán)展開(kāi)時(shí)四桿機(jī)構(gòu)變成 一個(gè)菱形，當(dāng)?shù)妆P(pán)收縮時(shí)四桿機(jī)構(gòu)則變成一條直線，每組四桿機(jī)構(gòu)具有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)裝置。 架可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng) 懸架可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng) 通過(guò)獨(dú)立懸架機(jī)構(gòu)的折疊與展開(kāi)實(shí)現(xiàn)體積變化，具有結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。該類型移動(dòng)系統(tǒng)在美國(guó) 及“ 得到了成功應(yīng)用 [11]。其中“ 疊收攏時(shí)采用蹲坐的方式，通過(guò)將搖臂桿在與車體連接的樞軸處分為兩部分實(shí)現(xiàn)。車體站起時(shí)，其它車輪不動(dòng)，后輪被驅(qū)動(dòng)向前，車體被拱起達(dá)到要求高度時(shí)，彈簧捕捉機(jī)構(gòu)將其鎖定，使整車處于可工作狀態(tài)。 “ 火星車的折疊、展開(kāi)與 “ 有很多不同 ， 它可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)、寬、高三方向的折疊與展開(kāi)?！?架的折疊主要通過(guò)懸架各構(gòu)件間相對(duì)位置的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)，參與折疊的構(gòu)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(dòng)副 (前主搖臂 (主搖臂展開(kāi)驅(qū)動(dòng)電機(jī) (部分。當(dāng)“ 疊時(shí)，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(zhǎng)度尺寸；后主搖臂通過(guò)副搖臂鉸軸及主搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與副搖臂及前主搖臂發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)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(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)，使車輪轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)，減小車體前端寬度尺寸。 輪可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng) 可展開(kāi)車輪在國(guó)內(nèi)外的研究均較少， 60 年代美國(guó)設(shè)計(jì)了一種圓規(guī)腿步行輪[12]，它通過(guò)多種傳感器獲得車輛的位姿信息，由計(jì)算機(jī)控制參數(shù)的變化，能完全補(bǔ)償步行輪的多邊形效應(yīng)，并能在步行輪和普通輪之間轉(zhuǎn) 換以適應(yīng)地面的坡度、越過(guò)障礙并保持行駛平順性。在國(guó)內(nèi)，北航研制出一種可重復(fù)展開(kāi)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(dòng)過(guò)程中可根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的指令展開(kāi)與折疊。哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院在可展開(kāi)式車輪上，進(jìn)行了初步的研究，研制出幾種可展開(kāi)式車輪。 球車空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)概述 可展開(kāi)式星球車在地面上被收攏成折疊狀態(tài)，固定于運(yùn)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(kāi)動(dòng)作，然后鎖定并保持為移動(dòng)系統(tǒng)工作狀態(tài)，屬于一種特殊的空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)。 間可展 開(kāi)機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 20世紀(jì) 60年代可展開(kāi)機(jī)構(gòu)的概念最初在建筑領(lǐng)域被提出，并得到成功應(yīng)用。隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，以太空應(yīng)用為背景的空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)得到廣泛的研究與應(yīng)用?？臻g可展開(kāi)機(jī)構(gòu)的主要形式包括太陽(yáng)帆板、伸展臂、空間可展開(kāi)天線、空間操作平臺(tái)、雷達(dá)定位桿、空間望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦機(jī)構(gòu)、空間望遠(yuǎn)鏡展開(kāi)鏡面機(jī)構(gòu)等，其中大型展開(kāi)天線和太陽(yáng)帆是大型空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)研究最活躍、深入的領(lǐng)域。 20世紀(jì) 70年代后期美國(guó)航天局 (其近期、遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃 中提出了各種形式的展開(kāi)天線 [13]，并對(duì)其概念設(shè)計(jì)、分析理論方法、具體應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。俄羅斯宇航局也在可展開(kāi)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展應(yīng)用上做出了卓越貢獻(xiàn)，尤其在“和平號(hào)”空間站上。劍橋大學(xué)與歐空局共同建立了可展開(kāi)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)可展開(kāi)機(jī)構(gòu)進(jìn)行理論研究及應(yīng)用。同時(shí)歐空局在其衛(wèi)星發(fā)展計(jì)劃中也對(duì)可展開(kāi)機(jī)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。日本宇宙科學(xué)研究所（ 日本宇航中心（ 及加拿大和印度等國(guó)在展開(kāi)折疊技術(shù)研究應(yīng)用上紛紛發(fā)展了自己的技術(shù)。我國(guó)對(duì)空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)的研究起步較晚，具有代表性的是浙江大學(xué) 關(guān)富玲教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組，對(duì)伸展臂及空間可展天線等在設(shè)計(jì)原理、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、靜力分析、動(dòng) 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 力分析、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了研究及實(shí)驗(yàn) [14]。 間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)的分類 目前空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)還沒(méi)有統(tǒng)一的分類原則，可以按展開(kāi)動(dòng)力、結(jié)構(gòu)型式、展開(kāi)順序等多種方式進(jìn)行分類。如按照折疊機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)展開(kāi)成型后的穩(wěn)定平衡方式可分為自穩(wěn)定可展開(kāi)機(jī)構(gòu)與附加支承可展開(kāi)機(jī)構(gòu)；而按展開(kāi)驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分類最為詳細(xì)，包括下面五種情況 [15]。 動(dòng) 利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)件或者是通過(guò)傳動(dòng)使機(jī)構(gòu)展開(kāi)。根據(jù)機(jī)構(gòu)的要求和形式的不同，電機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，在設(shè)計(jì)中要考慮是使機(jī)構(gòu)整體展開(kāi)還是使其逐級(jí)展開(kāi)。如環(huán)柱狀天線 (用整體展開(kāi)，通過(guò)中心電機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)向索帶動(dòng)各個(gè)肋支座轉(zhuǎn)動(dòng)從而使機(jī)構(gòu)整體展開(kāi)。 簧驅(qū)動(dòng) 彈簧種類很多，包括拉壓簧、扭簧、蝶簧、塔簧等。在可伸展機(jī)構(gòu)中，主要使用拉壓簧和扭簧。如果在機(jī)構(gòu)接點(diǎn)或桿件中點(diǎn)安放彈簧，在折疊過(guò) 程中，彈簧存儲(chǔ)了一定的應(yīng)變能，當(dāng)機(jī)構(gòu)解鎖后，應(yīng)變能釋放，驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu) 整體展開(kāi)。美國(guó) 司的 線屬于彈簧驅(qū)動(dòng)。對(duì)于拉壓簧驅(qū)動(dòng)，在需要變化長(zhǎng)度的桿件中間設(shè)置拉伸彈簧，機(jī)構(gòu)處于收納狀態(tài)時(shí)，彈簧處于拉伸狀態(tài)而存儲(chǔ)彈性能量，當(dāng)機(jī)構(gòu)解鎖后，拉伸彈簧的收縮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)展開(kāi)，應(yīng)用廣泛的自適應(yīng)可展機(jī)構(gòu)采用的就是這一展開(kāi)方式。對(duì)于扭簧驅(qū)動(dòng)，在機(jī)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)或桿件中點(diǎn)處按特定要求設(shè)置扭簧，機(jī)構(gòu)處于收納狀態(tài)時(shí)扭簧受預(yù)緊力存儲(chǔ)彈性變形能，當(dāng)機(jī)構(gòu)解鎖后扭簧釋放彈性能量，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)同步展開(kāi)。大型桁架機(jī)構(gòu)多采用這種方法，如俄羅斯研 制的 列，美國(guó) 制的 壓或氣壓驅(qū)動(dòng) 這里所指的有兩種情況，一種是指機(jī)械范圍內(nèi)的驅(qū)動(dòng)，通常由液壓或氣壓系統(tǒng)推動(dòng)桿件或構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)伸展。另一種是充氣膜結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)以柔性薄膜材料制造，內(nèi)部為空腔，通過(guò)向結(jié)構(gòu)內(nèi)部充入氣體而使結(jié)構(gòu)膨脹展開(kāi)，生成預(yù)先設(shè)計(jì)的形狀，并實(shí)現(xiàn)其功能要求。為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的可靠性，在展開(kāi)后一般還需進(jìn)行結(jié)構(gòu)表面的固化工作，以防止結(jié)構(gòu)因漏氣而影響工作性能。目前折疊 /展開(kāi)方式主要有 3 種： Z 形折疊 /展開(kāi)、卷曲式折疊 /展開(kāi)以及噴出式折疊 /展開(kāi)。 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，國(guó)際上對(duì)充氣膜結(jié)構(gòu)的研究開(kāi)始升溫。目前對(duì)充氣太空結(jié)構(gòu)的研究主要集中在通訊衛(wèi)星、空間站、深空探測(cè)、火星計(jì)劃等領(lǐng)域。美國(guó)宇航局還為充氣膜結(jié)構(gòu)的研究制訂了中長(zhǎng)期計(jì)劃。中期計(jì)劃包括發(fā)展太陽(yáng)帆板、天線、太陽(yáng)防護(hù)罩、太陽(yáng)陣列以及工業(yè)雷達(dá)結(jié)構(gòu)技術(shù)；長(zhǎng)期計(jì)劃包括將充氣天線及太陽(yáng)帆板應(yīng)用于實(shí)際，以及發(fā)展 氣太空船技術(shù)等。 伸展驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)的一部分構(gòu)件、某些特定構(gòu)件的中點(diǎn)或整個(gè)機(jī)構(gòu)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(shè)計(jì)要求自動(dòng)展開(kāi)，如美國(guó) 發(fā)的整體展開(kāi)應(yīng)用技術(shù)。另外充氣硬化機(jī)構(gòu)也是一種自伸展機(jī)構(gòu)，其在一定的環(huán)境條件下會(huì)自動(dòng)展開(kāi)。 合驅(qū)動(dòng) 有些可展機(jī)構(gòu)的展開(kāi)和收攏過(guò)程需要以上兩種或者幾種方式聯(lián)合起來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 輪星球探測(cè)車 研究 意義 本課題主要進(jìn)行八輪扭桿搖臂式星球車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究。 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 其研究成果對(duì)于星球車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)一步研制乃至其它空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)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(shè)計(jì)中主要完成的內(nèi)容包括： 1）八輪星球探測(cè)車整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)八輪扭桿搖臂式星球車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括車輪部件、懸架部件及懸架展開(kāi)動(dòng)力源。根據(jù)車輪部件獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、獨(dú)立轉(zhuǎn)向的功能要求，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置及轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計(jì)，同時(shí)采用可展開(kāi)車輪新構(gòu)型設(shè)計(jì)相應(yīng)的輪輻結(jié)構(gòu)。 2） 八輪星球探測(cè)車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì) 根據(jù) 八輪扭桿搖臂星球車 車型特點(diǎn)， 建立了 由結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)表征的 越障通過(guò)性能參數(shù)表達(dá)式， 對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)的越障通過(guò)性能進(jìn)行 了 全面分析 。 在此基礎(chǔ)上，求解并確定了主要結(jié)構(gòu)尺寸，保證了所設(shè)計(jì)星球車的越障性能。 3） 八輪星球探測(cè)車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)三 維仿真 通過(guò)建立的三維模型，對(duì)展開(kāi)過(guò)程進(jìn)行仿真。 3 研究思路方案、可行性分析及預(yù)期成果 本設(shè)計(jì)論文擬采用理論分析與三維建模與仿真實(shí)驗(yàn)的方法，在前人的基礎(chǔ)上，通過(guò)三維 環(huán)境完成八輪星球探測(cè)車的設(shè)計(jì)仿真，并對(duì)其進(jìn)行初步的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。 究思路方案 具體思路方案包含以下三個(gè)方面： 據(jù)月球表面情況對(duì) 八輪星球探測(cè)車進(jìn)行 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 包括整體可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)、底盤(pán)可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)、車輪可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)，基于以上理論可進(jìn)行對(duì)八輪星球探測(cè)車機(jī)構(gòu)原理分析。 輪星球探測(cè)車 目前 ,隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)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(shè)計(jì)正逐漸被三維實(shí)體設(shè)計(jì)所代替。 988年開(kāi)發(fā)的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng) ,是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化的三維實(shí)體模型 (3計(jì)軟件 ,它不僅具有 強(qiáng)大功能 ,同時(shí)還具有 功能 ,廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析、加工制造及關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理等領(lǐng)域。而且能同時(shí)支持針對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行同步設(shè)計(jì) ,具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)、全相關(guān)性、以特征為基礎(chǔ)的參數(shù)式模型和尺寸參數(shù)化 等優(yōu)點(diǎn)。采用三維 計(jì)的產(chǎn)品 ,是和實(shí)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(jì)算零部件之間的干涉和體積 ,把錯(cuò)誤消滅在設(shè)計(jì)階段 [9]。 運(yùn)用 通過(guò)對(duì)特征工具的操作 ,避免高級(jí)語(yǔ)言的復(fù)雜編程 ,所開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出來(lái)的八輪星球探測(cè)車 ,便于研究人員通過(guò)對(duì)界面特征工具的操作 ,生成八輪星球探測(cè)車實(shí)體模型，甚至輸出所需要的工程圖及相關(guān)分析數(shù)據(jù)。這樣既可輔助研究人員完成其設(shè)計(jì)構(gòu)思、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高效率和精度、改善視覺(jué)的立體效果 ,并可有效地縮短研制周期 ,提高設(shè)計(jì)制 造的成功率 ;也為后續(xù)的3 輪星球探測(cè)車 運(yùn)動(dòng)仿真是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容 , 在 通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)添加運(yùn)動(dòng)副、驅(qū)動(dòng)器使其運(yùn)動(dòng)起來(lái) ,來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真。通過(guò)仿真技術(shù)可以在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)后 , 對(duì)各種零件進(jìn)行裝配后模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng) , 從而檢查機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求 , 可以檢查機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中各種運(yùn)動(dòng)構(gòu)件之間是否發(fā)生干涉，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)軌跡校核。同時(shí) , 可直接分析各運(yùn)動(dòng)副與構(gòu)件在某一時(shí)刻的位置、運(yùn)動(dòng)量以及 各運(yùn)動(dòng)副之間的相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系及關(guān)鍵部件的受力情況。在 不需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)建 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 模、也不需要復(fù)雜的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程 ,而是以實(shí)體模型為基礎(chǔ) ,集設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析于一體 ,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析的參數(shù)化和全相關(guān) ,反映機(jī)構(gòu)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 以 及其中的運(yùn)動(dòng)學(xué) 仿真 功能 建立 八輪星球探測(cè)車 的運(yùn)動(dòng)仿真模型。首先在 中建立 八輪星球探測(cè)車 的三維后 完成八輪星球探測(cè)車的裝配，設(shè)置 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的初始位置，添加驅(qū)動(dòng)和約束，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。在整個(gè)過(guò)程中，需要 對(duì)建立模型等前續(xù)工作進(jìn)行不斷的修改和完善，才能生成所要求的 八輪星球探測(cè)車 的仿真模型。 行性分析 移動(dòng)系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 和 研究 是星球車 方面研究的基礎(chǔ) 。 因此 ，對(duì) 具有理想結(jié)構(gòu)的 星球車 移動(dòng)系統(tǒng) 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)、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(jìn)行 星球車 移動(dòng)系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究 ，從幾何、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及結(jié)構(gòu)關(guān)系等不同角度對(duì)多指靈巧手進(jìn)行研究 , 使星球車能完美的在星球表面上運(yùn)動(dòng)。 在前人研究工作基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)論文進(jìn)行 欠驅(qū)動(dòng)多指手設(shè)計(jì)與仿真，在基本原理上是可行的。 本設(shè)計(jì)的工作主要涉及力 學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，以及 人已學(xué)習(xí)了這些相關(guān)課程，并取得了較好的成績(jī)，掌握了本設(shè)計(jì)所需的基本知識(shí)。 指導(dǎo)老師在星球探測(cè)車的相關(guān)研究方面具有很多成功的經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)的 研究方法思路經(jīng)過(guò)深思熟慮，切實(shí)可行，能夠確保畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成并取得預(yù)期的研究成果。 期研究成果 設(shè)計(jì)出八輪星球探測(cè)車，完成三維建模。通過(guò)仿真分析，保證設(shè)計(jì)能較好的滿足設(shè)計(jì)要求 。 ４ 研究工作計(jì)劃 起止時(shí)間 內(nèi)容 研、信息匯總，文獻(xiàn)查閱分析 文翻譯、文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告，并熟悉理論力學(xué)、機(jī)械原理等相關(guān)知識(shí) 交開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述及外文翻譯 題答辯 輪星球探測(cè)車移動(dòng)系統(tǒng) 的整體方案設(shè)計(jì) 輪星球探測(cè)車移動(dòng)系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及零部件設(shè)計(jì) 維 配、三維運(yùn)動(dòng)學(xué)分析仿真 構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)及畢業(yè)論文撰寫(xiě) 成并提交畢業(yè)論文 理材料準(zhǔn)備答辯 參考文獻(xiàn) [16]鄒永廖，歐陽(yáng)自遠(yuǎn)，李春來(lái) . 月球探測(cè)與研究進(jìn)展 2000，20(10):9317]李圣怡，戴一帆，劉陽(yáng) . 月球火星探測(cè)與月球探測(cè)車研制初探 . 第二屆月球探測(cè)技術(shù)研討會(huì)論文集 . 北京 , 2001:14618]李瑞玲 ， 丁希侖 ， 戰(zhàn)強(qiáng) ,等 ． 變胞機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)學(xué)理論及在航天中的應(yīng)用 ． 2002 2002,8: 23019]鄧宗全，胡 明，高海波 ,等 . 月球探測(cè)車關(guān)鍵技術(shù)及其原理樣機(jī)的研制 . 2002年深空探測(cè)技術(shù)與應(yīng)用科學(xué)國(guó)際研討會(huì) . 青島， 2002:2920]胡群芳 , 陳永杰 . 中國(guó)掀起星球車研制熱 . 深空探測(cè)研究 2 (3): 3[21]劉方湖，陳建平 . 行星探測(cè)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) . 機(jī)器人 . 2002,24(3):268[22]1997. 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 [23]高海波 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)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(shù)國(guó)等 . 沙地環(huán)境移動(dòng)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)輪的發(fā)展概況綜述．機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 . 2004,4: 22[28]劉明治 ,高桂芳 . 空間可展開(kāi)天線結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展 . 宇航學(xué)報(bào) . 2003, 24(1):8229]岳建如 浙江大學(xué)博士學(xué)位論文 . 2002:230]熊天齊 同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文 . 2006,1江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述報(bào)告 班 級(jí) 姓 名 課題 名稱 八輪星球漫游車移動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 目 錄 1 前言 2 星球車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)概述 體可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng) 盤(pán)可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng) 架可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng) 輪可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng) 3 星球車空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)概述 間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)的分類 4 總結(jié) 參考文獻(xiàn) 指導(dǎo) 教師 審批 意見(jiàn) 簽名： 年 月 日 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 八輪星球漫游車移動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 程欣禹 (機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 09(4)班 1 前言 月球是距離地球最近的自然天體，蘊(yùn)藏大量的礦產(chǎn)資源，是人類飛離地球進(jìn)行深空探測(cè)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(jì)、政治和軍事價(jià)值使得月球探測(cè)成為人類一直關(guān)注的焦點(diǎn) [1]。 月球車是月球探測(cè)中的重要媒介之一，已經(jīng)成為全世界廣泛研究的熱點(diǎn)。移動(dòng)系統(tǒng)作為月球車整體系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其性能的好壞直接影響整個(gè)探測(cè)任務(wù)的成敗 [2]。 20世紀(jì) 90年代產(chǎn)生的以空間機(jī)構(gòu)的折疊、伸展、組合為主要研究?jī)?nèi)容的 “ 變胞機(jī)構(gòu)”等機(jī)構(gòu)學(xué)研究最新成果，為月球車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究奠定了理論基礎(chǔ)，但這方面 的理論研究尤其是工程應(yīng)用還有待于完善和發(fā)展 [3]。 由于航天器運(yùn)載技術(shù)和發(fā)射費(fèi)用的限制，在具有良好的環(huán)境自適應(yīng)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(shù)指標(biāo)。因?yàn)闇p小月球車的體積，不僅可以減小其運(yùn)載火箭的體積和質(zhì)量，節(jié)省推動(dòng)力，降低發(fā)射成本，而且對(duì)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(shè)備數(shù)量將減少，其直接效果是降低月球車的探測(cè)能力。因此，如何使月球車在滿足預(yù)期的探測(cè)功能的前提下，盡可能少的占用運(yùn)載器的有效載荷空間是一個(gè)很值得研究的課題。 因此，本課題主要進(jìn)行八輪扭桿搖臂式 月球車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究。其研究成果對(duì)于月球車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)一步研制乃至其它空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)的研究均具有一定的借鑒意義。 2 星球車可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)概述 自 20世紀(jì) 60 年代以來(lái)，以美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家為首，各國(guó)科研機(jī)構(gòu)紛紛進(jìn)行各種類型行星車的研制，有的甚至已進(jìn)入實(shí)用化、商品化階段，如“勇氣號(hào)”火星車。在國(guó)內(nèi)，清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué) [4]、國(guó)防科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)、華中科技大學(xué)和航天科技集團(tuán)502所等高等院校及科研院所相繼開(kāi)展了這方面的研究工作 [5]。 迄 今為止，國(guó)內(nèi)外研究人員從行星車移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能、地形適應(yīng)能力、能耗等要求出發(fā)，研制出各類行星車移動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品及樣機(jī)多達(dá)四十余種。根據(jù)移動(dòng)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(wú)人駕駛遠(yuǎn)程遙控兩類。根據(jù)移動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)具有運(yùn)動(dòng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)，可以與腿式移動(dòng)系統(tǒng)相媲美 [27]。以下根據(jù)不同部位可展開(kāi)輪式移動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步分類。 體可 展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng) 整體可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)以三輪移動(dòng)系統(tǒng)為主，由于三個(gè)車輪聯(lián)接于同一個(gè)懸架，移動(dòng)系統(tǒng)的折疊與展開(kāi)需整體進(jìn)行。具有代表性的有 日本 東京工業(yè)大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的 采用軸環(huán)和可壓縮輪結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，其體積折疊比可達(dá)到 373%，參見(jiàn)圖 2 圖 2星車 [8] 移動(dòng)系統(tǒng)整體展開(kāi)的還有 美國(guó)國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)局 (制的 索纜并聯(lián)機(jī)器人 ]。該移動(dòng)系統(tǒng)由三組索桿鉸接在一個(gè) 桿可代替動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)形成移動(dòng)框架。通過(guò)索纜的順序張緊與釋放，改變索桿和車輪間相對(duì)位置，可最終完成折疊與展開(kāi)功能，圖 2兩款樣 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 機(jī)照片和其展開(kāi)過(guò)程概念示意圖。 圖 2機(jī)與展開(kāi)示意圖 [9] 盤(pán)可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng) 美國(guó) 0]是一種底盤(pán)可變形的四輪行星車。它采用前蘇聯(lián)Луноход 的自包含電動(dòng)輪模塊概念、 式轉(zhuǎn)向連桿機(jī)構(gòu)和 用均化懸掛系統(tǒng)平滑車體相 對(duì)于車輪的運(yùn)動(dòng)，保證在各種地形情況下四輪都能同時(shí)著地。當(dāng)?shù)妆P(pán)完全展開(kāi)時(shí)所占的包絡(luò)空間可比其折疊狀態(tài)時(shí)增加 35%，這種展開(kāi)功能使底盤(pán)具備超越其裝載結(jié)構(gòu) 20%的靜穩(wěn)定性。其底盤(pán)主要通過(guò)兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行變形，當(dāng)?shù)妆P(pán)展開(kāi)時(shí)四桿機(jī)構(gòu)變成一個(gè)菱形，當(dāng)?shù)妆P(pán)收縮時(shí)四桿機(jī)構(gòu)則變成一條直線，每組四桿機(jī)構(gòu)具有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)裝置。其樣機(jī)模型及底盤(pán)變形前后示意圖參見(jiàn)圖 2 圖 2星車和 盤(pán)結(jié)構(gòu) [10] 架可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng) 懸架可展 開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng) 通過(guò)獨(dú)立懸架機(jī)構(gòu)的折疊與展開(kāi)實(shí)現(xiàn)體積變化，具有 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。該類型移動(dòng)系統(tǒng)在美國(guó) 及“ 得到了成功應(yīng)用 [11]。其中“ 疊收攏時(shí)采用蹲坐的方式，通過(guò)將搖臂桿在與車體連接的樞軸處分為兩部分實(shí)現(xiàn)。車體站起時(shí)，其它車輪不動(dòng)，后輪被驅(qū)動(dòng)向前，車體被拱起達(dá)到要求高度時(shí)，彈簧捕捉機(jī)構(gòu)將其鎖定，使整車處于可工作狀態(tài)，參見(jiàn)圖 2 a) 展開(kāi)狀態(tài) b) 折疊狀態(tài) 圖 2折疊狀態(tài)與展開(kāi)狀態(tài) “ 星車的折疊、展開(kāi)與“ 有很多不同，它可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)、寬、高三方向的折疊與展開(kāi)?！?側(cè)懸架結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖 2架的折疊主要通過(guò)懸架各構(gòu)件間相對(duì)位置的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)，參與折疊的構(gòu)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(dòng)副 (前主搖臂( 主搖臂展開(kāi)驅(qū)動(dòng)電機(jī) (部分。當(dāng)“ 疊時(shí)，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(zhǎng)度尺寸；后主搖臂通過(guò)副搖臂鉸軸及主搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與副搖臂及前主搖臂發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)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(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)，使車輪轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)，減小車體前端寬度尺寸，實(shí)現(xiàn)如圖 2 圖 2 星探測(cè)車單側(cè)懸架結(jié)構(gòu)示意圖 [11] a) 折疊狀態(tài) b) 展開(kāi)狀態(tài) 圖 2 星探測(cè)車折疊狀態(tài)與展開(kāi)狀態(tài)的對(duì)比 輪可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng) 可展開(kāi)車輪在國(guó)內(nèi)外的研究均較少， 60 年代美國(guó)設(shè)計(jì)了一種圓規(guī)腿步行輪[12]，它通過(guò)多種傳感器獲得車輛的位姿信息，由計(jì)算機(jī)控制參數(shù)的變化，能完全補(bǔ)償步行輪的多邊形效應(yīng)，并能在步行輪和普通輪之間轉(zhuǎn)換以適應(yīng)地面的坡度、越 過(guò)障礙并保持行駛平順性，參見(jiàn)圖 2國(guó)內(nèi)，北航研制出一種可重復(fù)展開(kāi)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(dòng)過(guò)程中可根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的指令展開(kāi)與折疊。哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院在可展開(kāi)式車輪上，進(jìn)行了初步的研究，研制出幾種可展開(kāi)式車輪，實(shí)物模型參見(jiàn)圖2 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 圖 2規(guī)腿步行輪示意圖 [12] 圖 2展開(kāi)車輪實(shí)物圖 [8] 3 星球車空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)概述 可展開(kāi)式月球車在地面上被收攏成折疊狀態(tài)，固定于運(yùn)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(kāi)動(dòng)作，然后鎖定并保持為移動(dòng)系統(tǒng)工作狀態(tài)，屬于一種特殊的空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)。 間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 20世紀(jì) 60年代可展開(kāi)機(jī)構(gòu)的概念最初在建筑領(lǐng)域被提出，并得到成功應(yīng)用。隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，以太空應(yīng)用為背景的空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)得到廣泛的研究與應(yīng)用?？臻g可展開(kāi)機(jī)構(gòu)的主要形式包括太陽(yáng)帆板、伸展臂、空間可展開(kāi)天線、空間操作平臺(tái)、雷達(dá)定位桿、空間望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦機(jī)構(gòu)、空間望遠(yuǎn)鏡展開(kāi)鏡面機(jī)構(gòu)等，其中大型展開(kāi)天線和太陽(yáng)帆是大型空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)研究最活躍、深入的領(lǐng)域。 20世紀(jì) 70年代后期 美國(guó)航天局 (其近期、遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃中提出了各種形式的展開(kāi)天線 [13]，并對(duì)其概念設(shè)計(jì)、分析理論方法、具體應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。俄羅斯宇航局也在可展開(kāi)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展應(yīng)用上做出了卓越貢獻(xiàn)，尤其在“和平號(hào)”空間站上。劍橋大學(xué)與歐空局共同建立了可展開(kāi)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)可展開(kāi)機(jī)構(gòu)進(jìn)行理論研究及應(yīng)用。同時(shí)歐空局在其衛(wèi)星發(fā)展計(jì)劃中也對(duì)可展開(kāi)機(jī)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。日本宇宙科學(xué)研究所（ 日本宇航中心（ 及加拿大和印度等國(guó)在展開(kāi)折疊技術(shù)研究應(yīng)用上紛紛發(fā)展了自己的技術(shù)。我國(guó)對(duì)空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)的研究起步較晚，具有代表性的是浙江大學(xué)關(guān)富玲教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組，對(duì)伸展臂及空間可展天線等在設(shè)計(jì)原理、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、靜力分析、動(dòng)力分析、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了研究及實(shí)驗(yàn) [14]。 間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)的分類 目前空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)還沒(méi)有統(tǒng)一的分類原則，可以按展開(kāi)動(dòng)力、結(jié)構(gòu)型式、展開(kāi)順序等多種方式進(jìn)行分類。如按照折疊機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)展開(kāi)成型后的穩(wěn)定平衡方式可分 為自穩(wěn)定可展開(kāi)機(jī)構(gòu)與附加支承可展開(kāi)機(jī)構(gòu)；而按展開(kāi)驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分類最為詳細(xì)，包括下面五種情況 [15]。 利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)件或者是通過(guò)傳動(dòng)使機(jī)構(gòu)展開(kāi)。根據(jù)機(jī)構(gòu)的要求和形式的不同，電機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，在設(shè)計(jì)中要考慮是使機(jī)構(gòu)整體展開(kāi)還是使其逐級(jí)展開(kāi)。如環(huán)柱狀天線 (用整體展開(kāi)，通過(guò)中心電機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)向索帶動(dòng)各個(gè)肋支座轉(zhuǎn)動(dòng)從而使機(jī)構(gòu)整體展開(kāi)。 簧驅(qū)動(dòng) 彈簧種類很多 ，包括拉壓簧、扭簧、蝶簧、塔簧等。在可伸展機(jī)構(gòu)中，主要使用拉壓簧和扭簧。如果在機(jī)構(gòu)接點(diǎn)或桿件中點(diǎn)安放彈簧，在折疊過(guò)程中，彈簧存儲(chǔ)了一定的應(yīng)變能，當(dāng)機(jī)構(gòu)解鎖后，應(yīng)變能釋放，驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu) 整體展開(kāi)。美國(guó) 司的 線屬于彈簧驅(qū)動(dòng)。對(duì)于拉壓簧驅(qū)動(dòng)，在需要變化長(zhǎng)度的桿件中間設(shè)置拉伸彈簧，機(jī)構(gòu)處于收納狀態(tài)時(shí)，彈簧處于拉伸狀態(tài)而存儲(chǔ)彈性能量，當(dāng)機(jī)構(gòu)解鎖后，拉伸彈簧的收縮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)展開(kāi)，應(yīng)用廣泛的自適應(yīng)可展機(jī)構(gòu)采用的就是這一展開(kāi)方式。對(duì)于扭簧驅(qū)動(dòng)，在機(jī)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)或桿件中 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 點(diǎn)處按特定要求設(shè)置扭簧，機(jī)構(gòu)處于收納狀態(tài)時(shí) 扭簧受預(yù)緊力存儲(chǔ)彈性變形能，當(dāng)機(jī)構(gòu)解鎖后扭簧釋放彈性能量，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)同步展開(kāi)。大型桁架機(jī)構(gòu)多采用這種方法，如俄羅斯研制的 列，美國(guó) 制的 壓或氣壓驅(qū)動(dòng) 這里所指的有兩種情況，一種是指機(jī)械范圍內(nèi)的驅(qū)動(dòng)，通常由液壓或氣壓系統(tǒng)推動(dòng)桿件或構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)伸展。另一種是充氣膜結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)以柔性薄膜材料制造，內(nèi)部為空腔，通過(guò)向結(jié)構(gòu)內(nèi)部充入氣體而使結(jié)構(gòu)膨脹展開(kāi)，生成預(yù)先設(shè)計(jì)的形狀，并實(shí)現(xiàn)其功能要求。為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的可靠性，在展 開(kāi)后一般還需進(jìn)行結(jié)構(gòu)表面的固化工作，以防止結(jié)構(gòu)因漏氣而影響工作性能。目前折疊 /展開(kāi)方式主要有 3 種： Z 形折疊 /展開(kāi)、卷曲式折疊 /展開(kāi)以及噴出式折疊 /展開(kāi)。 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，國(guó)際上對(duì)充氣膜結(jié)構(gòu)的研究開(kāi)始升溫。目前對(duì)充氣太空結(jié)構(gòu)的研究主要集中在通訊衛(wèi)星、空間站、深空探測(cè)、火星計(jì)劃等領(lǐng)域。美國(guó)宇航局還為充氣膜結(jié)構(gòu)的研究制訂了中長(zhǎng)期計(jì)劃。中期計(jì)劃包括發(fā)展太陽(yáng)帆板、天線、太陽(yáng)防護(hù)罩、太陽(yáng)陣列以及工業(yè)雷達(dá)結(jié)構(gòu)技術(shù)；長(zhǎng)期計(jì)劃包括將充氣天線及太陽(yáng)帆板應(yīng)用于實(shí)際，以及發(fā)展 氣太空船技術(shù)等。 伸 展驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)的一部分構(gòu)件、某些特定構(gòu)件的中點(diǎn)或整個(gè)機(jī)構(gòu)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(shè)計(jì)要求自動(dòng)展開(kāi)，如美國(guó) 發(fā)的整體展開(kāi)應(yīng)用技術(shù)。另外充氣硬化機(jī)構(gòu)也是一種自伸展機(jī)構(gòu)，其在一定的環(huán)境條件下會(huì)自動(dòng)展開(kāi)。 合驅(qū)動(dòng) 有些可展機(jī)構(gòu)的展開(kāi)和收攏過(guò)程需要以上兩種或者幾種方式聯(lián)合起來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 4 總結(jié) 如上所述 , 目前已經(jīng)制造出來(lái)的這些 星球車移動(dòng)系統(tǒng) 或多或少的都存在不同方面的問(wèn)題，都有許多不完善的地方 ，如 結(jié)構(gòu)型式、結(jié)構(gòu)尺寸、傳動(dòng)及驅(qū)動(dòng)方式等方面 都有待發(fā) 展，特別 是對(duì) 對(duì)可展開(kāi)移動(dòng)系統(tǒng)的越障通過(guò)性能以及展開(kāi)運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究 還比較少 。 移動(dòng)系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 和 研究 是星球車 方面研究的基礎(chǔ) 。 因此 ，對(duì) 具有理想結(jié)構(gòu)的 星球車 移動(dòng)系統(tǒng) 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)、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(jìn)行 星球車 移動(dòng)系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究 ，從幾何、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及結(jié)構(gòu)關(guān)系等不同角度對(duì)多指靈巧手進(jìn)行研究 , 使星球車能完美的在星球表面上運(yùn)動(dòng)。 參考文獻(xiàn) [31]鄒永廖，歐陽(yáng)自遠(yuǎn)，李春來(lái) . 月球探測(cè)與研究進(jìn)展 2000，20(10):9332]李圣怡 ，戴一帆，劉陽(yáng) . 月球火星探測(cè)與月球探測(cè)車研制初探 . 第二屆月球探測(cè)技術(shù)研討會(huì)論文集 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