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2012212091 刘洋
履带式月球车设计
月球车是一种在月面移动工作,执行科考探测任务的半自主移动平台,是一种特殊的航天器。针对月球高真空(无大气)、宽温变(-183℃~127℃)、强辐射(月面直接暴露在宇宙空间)、微重力(约为地球重力的1/6)的月表环境,未来月球车的设计将围绕以下方面开展:
1)驾驶舒适性
2)行驶安全性与越障能力
3)月球车折展功能
4)资源就位利用能力
5)月球车谱系构建
月球车结构和功能要求
(1)由于月球表面恶劣的地形环境,月球车必须具有性能优越、自适应能力强的行走机构,和灵活的越障、避障能力以便在月球表面探测区域正常行走。月球车前进方式主要有足式移动、履带式移动和轮式移动三种方式;
(2)为了在月面完成岩层钻探和采样任务,月球车要有优化设计的臂手机构;
(3)登陆月面分为硬着陆和软着陆两种方式,常用着陆方式为软着陆方式。;
(4)为保证月球车正常工作,必须设计通讯系统,如雷达天线、舱
内控制设备等结构设计,采用无线遥控方式,并能实时传送图像。同时也应设计高效的指向机构;
(5)利用太阳能电池板产生和储存能源,为月球车提供动力。;
(6)此外,月球车要满足体积小、低功耗、重量轻、机构可靠等要
求,还应设计展开机构;
月球车各结构设计
1. 展开结构:展开机构是月球车上十分重要的机构之一,是其他机构的重要组成部分,也是月球车从发射到展开正常工作的必要保证。月球车软着陆后,通过活塞杆与液压缸配合、铰链约束等实现自动展开太阳能电池板、摄像头、通讯雷达天线、行走机构和机械手等结构。
行走机构:行走机构首先要考虑的是行走能力和越障能力,主要依赖于月球表面具体环境及地形特点和结构本身两方面因素。
●月球表面环境及地形特点:由文献NASA SP-8023《Lunar Surface Model》可得月面的坡度分布、月面不平度模型以及撞击坑和月岩的大小频率分布曲线。
月面环境对行走机构提出的要求
? 能适应一定曲率的复杂曲面——撞击坑
? 能越过较小的岩石——岩石分布可预先了解
? 在月壤上具有较好的抓地能力
? 同时考虑到月球表面一些极端环境,所以行走机构要有很强的适应性。
●结构本身:常用的行走机构有多足式行走机构,履带式行走机构、
轮式行走机构以及复合式行走机构。
履带式移动系统具有良好的越障性能,较强的适应性和使用寿命,履带式越障对于障碍的要求极低,越障碍的能力极强,而且具有良好的爬坡性能,适合在崎岖的地面行驶,其适应范围广,运动效率高。其缺点是灵活机动性差,适应性弱,履带式移动系统的机构可能复杂,运动分析及控制可能较困难。
轮式移动系统在相对平坦的地形中具有相当的优势,同足式移动
系统相比,其控制也较简单,目前大多数倾向于将行星探测车的移动系统设计成轮式机构。轮式移动运动迅速平稳,尽管其比较适合平缓的环境,越障能力较差,但合适的悬架系统来使其适应凹凸不平的地形需巧妙的设计。轮式越障的优点是相比其它越障方式效率高,但是其有一个很大的缺陷就是适应能力差,对环境要求高。
足式移动系统越障具有适应能力最强的特点,可以通过关节的变形达到多种效果,越障碍的能力也极强,但是其缺点在于其移动速度慢,结构复杂,行驶速度缓慢,