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八轮星球探测车可展开移动系统设计【7张图/16200字】【优秀机械毕业设计论文】

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A0-总装配图.dwg

A1-车架.dwg

A3-钢板.dwg

A4-传感器座压盖.dwg

A4-扭杆压臂轴承盖.dwg

A4-摇臂轴承挡圈.dwg

A4-摇臂连接铰轴.dwg

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关键词：: 星球探测展开开展移动挪动系统设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份，38页，16200字左右。
任务书一份。
开题报告一份。
外文翻译一份。
文献综述一份。
答辩讲稿一份。

图纸共7张，如下所示
A0-总装配图.dwg
A2-车架.dwg
A4-传感器座压盖.dwg
A4-扭杆压臂轴承盖.dwg
A4-摇臂轴承挡圈.dwg
A4-摇臂连接铰轴.dwg
A4-车架.dwg

摘要
星球车移动系统作为星球面探测的媒介，其关键技术的研究对于完善探索太空工程具有重要意义。本文主要进行八轮星球探测车可展开移动系统的设计。
为实现星球车折叠比及相应的功能要求，分别对组成移动系统的悬架部件、车轮部件进行设计。通过准静力学分析，分析了各结构参数对星球车越障通过性的影响。为确保八轮星球探测车越障能力满足设计要求，求解后确定了其整体结构尺寸。
根据所确定的结构尺寸，对八轮星球探测车可展开移动系统进行设计，包括车轮部件、悬架部件。根据车轮部件独立驱动、独立转向的功能要求，进行驱动传动装置及转向装置的设计，同时采用可展开车轮新构型设计了相应的轮辐结构。根据可展开悬架新构型，对悬架部件进行了总体结构设计。

关键词　八轮星球探测车；可展开移动系统；结构设计；建模

Abstract
Locomotion system of lunar rover is the medium of lunar exploration, the research of the locomotion system key technologies of lunar rover has important meaning for perfecting project of lunar exploration. The key technologies on deployable locomotion system of the eight-wheel with torsion-bar and rocker structure lunar rover are researched.
To meet the demand that the volume of lunar rover is least at folded station, and to realize the relevant function, the suspensions and wheels, which make up of the locomotion system, were designed. By the quasi-static analysis, the performance parameter expression of climbing obstacle with structure parameters was determined. The influence that each design parameter acts on the lunar rover performance of climbing obstacle is analyzed. In order to guarantee the climbing ability of eight-wheel with torsion-bar and rocker structure lunar rover to satisfy the design request, after solving the model, the structure dimension of the eight-wheel with torsion-bar and rocker structure lunar rover is made sure.
According to the structure dimension, the deployable locomotion system of the eight-wheel with torsion-bar and rocker structure lunar rover was designed, involving the wheels, the suspensions and the power for deploying the suspensions. According to the characteristic each wheel is driven and veered alone, the driving and turning devices of deployable wheel have been designed. Using the new framework of deployable wheel spoke, its structure has been designed. According to the new framework of deployable suspension, the whole structure of the deployable suspension parts has been designed.

Keyboard lunar rover, deployable motion system, physical design, modeling,

目录
摘要
Abstract
第1章绪论 1
1.1 课题背景及研究意义 1
1.2 行星车移动系统概述 2
1.2.1 不可展轮式移动系统研究现状 2
1.2.2 可展开轮式移动系统研究现状 5
1.3 本文主要研究内容 8
第2章可展开移动系统结构设计 9
2.1 引言 9
2.2 移动系统结构的基本型式 9
2.3 可展开悬架结构 10
2.3.1 可展开悬架结构特点分析 10
2.3.2 可展开悬架展开方案确定 10
2.4 可展开车轮结构设计 12
2.5 本章小结 13
第3章可展开移动系统的参数设计 14
3.1 引言 14
3.2 由结构参数表征的地形通过条件 14
3.2.1 通过崎岖地形临界条件 15
3.2.2 通过坡状地形失效条件 15
3.3 由结构参数表征的越垂直障碍条件 18
3.3.1 两个前车轮同时越障 18
3.3.2 两个中前轮同时越障 19
3.3.3 各轮越过垂直障碍能力评价 21
3.3.4 越过壕沟的能力 21
3.3.5 移动系统的主要参数确定 21
3.4 本章小结 22
第4章可展开移动系统车轮部件设计 23
4.1 引言 23
4.2 可展开移动系统概述 23
4.3 车轮部件及其驱动 23
4.3.1 驱动方案确定 24
4.3.2 可展开车轮结构设计 25
4.4 本章小结 26
第5章可展开移动系统三维建模 27
5.1 三维建模软件简介 27
5.1 可展开移动系统三维建模 27
5.3 本章小结 28
第6章结论 29
参考文献
致谢

课题名称八轮星球探测车可展开移动系统设计
主要任务与
目标月球是距离地球最近的自然天体，蕴藏大量的矿产资源，是人类飞离地球进行深空探测的第一站，也是理想的天然空间中转站。月球车是月球探测中的重要媒介之一，已经成为全世界广泛研究的热点。移动系统作为月球车整体系统的关键部分，其性能的好坏直接影响整个探测任务的成败。本课题主要进行八轮扭杆摇臂式月球车可展开移动系统关键技术的研究。
目标：
提出的设计方案可行，结构设计合理，完成的三维、二维图纸设计，并完
成八轮星球探测车运动学分析与仿真验证。
任务：
1. 八轮星球探测车可展开移动系统方案结构设计
2. 八轮星球探测车可展开移动系统的参数设计
3. 八轮星球探测车可展开移动系统三维仿真
主要内容与基本要求
主要内容：
1. 八轮星球探测车可展开移动系统方案结构设计
2. 八轮星球探测车可展开移动系统的参数设计
3. 八轮星球探测车可展开移动系统三维仿真
基本要求：
按照课题内容，完成总体构型设计、方案设计和具体结构设计，完成三维、
二维装配图和零件图，应用Pro/e等软件完成八轮星球探测车运动仿真验证。
完成毕业设计要求的各种文档，包括开题报告、文献综述、外文翻译、中
期报告及毕业设计论文等。
严格按照进度安排，保质保量完成所承担的任务；遵守实验室相关规定。
主要参
考资料
及文献
阅读任务 [1] 邹永廖，欧阳自远，李春来. 月球探测与研究进展.空间科学学报. 2000，20(10):93-103
[2] 李圣怡，戴一帆，刘阳. 月球火星探测与月球探测车研制初探. 第二届月球探测技术研讨会论文集. 北京, 2001:146-155
[3] 李瑞玲，丁希仑，战强,等．变胞机构的机构学理论及在航天中的应用．2002 International Symposium on Deep Space Exploration Technology and Application, 2002,8: 230-236
[4] 邓宗全，胡明，高海波,等. 月球探测车关键技术及其原理样机的研制. 2002年深空探测技术与应用科学国际研讨会. 青岛，2002:29-35
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[13] 熊天齐.可展结构理论分析与研究. 同济大学硕士学位论文. 2006,1-30
[14] WangQiaoling，Guan Rongqiang ，Gu Dongdong 。Pro and con quadrangle suspension fork lunar’s performce analysis and simulation. The 2nd International Conference on Electrical and Control Engineering.2011:1-4
[15] CHEN Bai-chao, WANG Rong-ben, YANG Lu, JIN Li-sheng, GUO Lie .Design and Simulation Research on a New Type of Suspension for Lunar Rover. Proceedings of the 2007 IEEE International Symposium on Computational Intelligence in Robotics and Automation.2007:1-5

外文
翻译任务 [1] WangQiaoling，Guan Rongqiang ，Gu Dongdong 。Pro and con quadrangle suspension fork lunar’s performce analysis and simulation. The 2nd International Conference on Electrical and Control Engineering.2011:1-4
[2] CHEN Baichao, WANG Rongben, YANG Lu, JIN Li-sheng, GUO Lie .Design and Simulation Research on a New Type of Suspension for Lunar Rover. Proceedings of the 2007 IEEE International Symposium on Computational Intelligence in Robotics and Automation.2007:1-5

八轮星球探测车可展开移动系统设计

内容简介：: of 007 07/$2007 s u t is s is s is s s is is on of we of s on on to s in of s on to to on . s , a of to on on to - s to on to in to to et et et n, et et 998)2,4, to be at At to s s to of is in on of as s - is so on . on to s on is to on *3 in In on to to is to on is . 0449781/$2011 as to A. is a by s in in in is is is to If s to to on of to - , is is of s to at to to s of of is - to s we of s - it to . of . of he we of on to at B. be to of of - is 045 is of , 2, 3, 4 is , 5, 6, 7 is , 3, 7 on of It is of is is to s of , G is of be is to be to is to be to be .1 .2 3313143331)+=4333533312)()+=n =33 by In 0 is of )()45)45331315+=Ds to V. of , ,to 1203r/in 50mm A. To o , 50mm on s in a in a is of or , on to 046 by in be a s - s . of by of is s be is is 50mm is is of of is of of to in of 8.7 of 1.5 to be to of s is a In to s to be to to to is on to s to so on s is a to 1 s J. 204,(03):351 2 - 2009. ( 3 G 4 5 of 004,24(4):14 6047 1 外文翻译毕业设计题目：八轮星球探测车可展开移动系统设计原文 1： s 译文 1：正反四边形悬架月球车的性能分析和仿真原文 2： n a 文 2：一种新型悬架月球车的设计与仿真研究 2 正反四边形悬架月球车的性能分析和仿真摘要众所周知，月球表面与地球表面是不同的，与地球的环境相反，月球的环境很差，其表面上很不平整。因此在月球上行走很不方便。基于这种情况，我们学习新的稳定线的正反四边形悬架月球车的设计，基于四边形和反四边形的好和坏的方面的分析，对正反四边形悬架的设计提出了方案，并对其性能进行了模拟。使其在月球上更好地实现成为步行样品的目标。关键词月球车；正反四边形；模拟；件一、导言随着嫦娥第一阶段的胜利竣工，从第二阶段开始 1，我们国家开始了新一轮月球探测的高潮。进入秋天一个月后，如何进行调查，如何进行设计，月球车科学调查运营商的结构和性能如何在月球上生存，已成为科研人员要解决新的难题。对月球车的研究已经有很长的历史，首先对月球车研究的是前苏联和的美国。克。 1998年） 2，后进行月球车研究 3,4。与海外月球车研究相比，国内对月球车的研究很晚，如今仍处于起步阶段。目前国内有哈尔滨工业大学，上海交通大学，中国科学与技术大学掌握了月球车的关键技术和原型研究。他们不但生产和外国类似的月球车，还创新各种先进的新理论。这篇文章中关于这类问题如月球的特殊环境复杂的，以及大小形状分配不规则的石头，火山口间距 ; 大小不标准的月球土壤粒度，松动分歧不一致等问题 5也是复杂的。具体到月球车的车身结构设计上，基于对正反四边形的研究开发出悬挂叉状六个轮的月球车。二、月球车的系统设计本文阐述了月球的用途是什么，主要使用正反四边形悬架进行设计。这个月球车总共有六个轮子，以 2* 3 方式分布在附近的负载平台两侧。在碰到障碍小的情况能够穿过屏障，在碰到无法穿梭的大障碍时走弯路。图 1 是正反四边形悬挂叉月球车辆的实验室模型，可以很容易看到图 1 正反四边形悬架的设计模型车轮和负载平台放置的位置。 3 图 1 正反四边形悬挂叉月球车型三、提到以及设计的正反四边形悬架由于摇臂式悬架火星漫游者 “已经通过火星的测试后已确认其可行性。因此本文将使用这种火星漫游者作为参考设计月球车，根据月球火星的环境做不同的改善。校准四边形反四边形的分析火星漫游者的改善车辆，其转向架转向原有的弧形隆起的直杆极，在旅游运动中在一定程度上解决了改变转向架稳定性不高的问题，但在变革过程中的也减少了转向架与地面的间隙，使得接触它的障碍更容易，是转向架必须跨越的障碍，避震悬挂叉，是无法克服的障碍。如果减少转向架的直杆长度，可提高转向架传递的性质，但像这样的几何形状会减少转向架的稳定性。从这可以看出，转向架稳定性和几何通过相互制约的性质，基于这样的情况下，根据运动学和机制的原则，本文提出了一种相当于游者倾斜和弯曲的转向架组织 2，图 3 分别是倾斜弯曲转向架模型和四边形组织参数化模型。图 2 倾斜弯曲的转向架模型图 3 四边形的形状组织参数化模型 4 这个四边形机构包含三个成员，共有 4 铰链点，两个叉状商标的铰链接触是回升点。安装转向架安装方法使其他部分成员相应在围绕绕点自由回升。当像图4 平行四边形悬架搁置，其成员和相应的转向架成员长度和倾斜角度都是平等的，组织的两种同一级别的方向和紧张的状态，因此，四边形悬架绝对可以取代斜弯曲转向架，有倾斜弯曲转向架罚款的性能。摇臂摇臂构，突出了主摇臂的突破障碍能力，我们提出一种摇摆轴的发展组织边形组织，使其达到摇臂性能优化的目标。图 4 摇臂模式模型图 5 反四边形参数模型反四边形组织有四个铰链点，我们用虚线在图 5 的辅助附着点连成反四边形模型，通过这种模式的工作原则可能很容易看到失真组织。写入的方式上有铰链点当场表态接送点。转向架安装方法使得安装相应的成员可以在其他部位自由旋转。通过前面的分析可以很清楚的认识，四变形组织有可能代替转向架，反四变形组织可能代替摇轴。因此，本文结合四变形和反四边形的组织特征，提出一种新的避震前叉到优化的悬挂叉性能的目标。图 6 是正反四边形悬架单侧模压地形图。 5 图 6 正反四边形悬挂叉单方面的模压地形图正反四边形悬架组成 6 根连杆和七个铰链，左侧端序号 1， 2， 3， 4 四连杆构成四边形机构，右侧的序列号 4， 5， 6， 7 四连杆构成的反四边形机构， 7 个序列号 1， 3， 7 连接棒前，后轮，轮，上线佛脚和手掌分别连接。它安装的方式和摇臂转向架悬架是相同的。四、正反四边形分析建立两个组织有关成员的长度和角度是一样的，外面也有相同的两个组织的行动和力矩，图 4 中，图 5 G 是负载平台压力，行动和力，分别为 3 的时刻，符合轮债券当两个组织的终端，通常接收。 “定义和分别是两个组织抗衡时刻。这两个组织抓取更多的能力相对强和弱是可能的，以反映通过对比抗衡的时刻，平衡的时刻更大的抓取能力更强，否则抓取能力较弱。同类型示通过类型：在公式中 f 为有效系数，摩擦产生的压力轮毂单元。在月球环境 f 设定为 0 到 10，方程我们可以得到分析公式足不等式电子测控然后四边形是更大 6 的平衡反扭矩臂的力矩平衡。因此，在设置合适的值后，相比摇臂抓取能力反四边形的形状组织更强。五、正反四边形悬架性能仿真分析开创了正反四边形悬架和摇摆轴悬架模型，在，为便于解释，假设正反四边形悬挂叉模型 1，摇轴模型悬架 2，根据中国月球车两个模型参数数据移动系统的设计要求是大小： *，质量： 120 公斤，单轮质量： 3心之间的距离，高度，轮轮旋转速度 6r/径量，轴距，重力加速度序渐进增加了模型的车辆与路面摩擦在模拟过程中的系数，可以缓慢地行进直到四边形遇到 250 毫米高的垂直障碍。 A 正反四个侧面跨越障碍物能力模拟对模型 1，模型 2 时超越 250 毫米屏障轮的摩擦力进行模拟，得到下面的图表 8 摩擦力和时间关系。由图 7 超越的过程和图 7 摩擦力和时间的关系图可以看出，当车轮接触的屏障，有效车轮的摩擦系数上升迅速，在很短的时间实现在一个大的方式，当升降机轮升空开始，有效的摩擦力启动逐渐缓慢下降，这可以推断，电梯当轮子升空占地接触障碍增加，行进更远的轮是最困难的。图 7 产品型号 1 和产品型号 2 随着时间的推移摩擦系数 7 为比较模型 1，模型 2 跨越障碍物能力，对图表曲率进行分析。由曲线关系可以看到，模型 1 的摩擦系数需要在整个跨越障碍物的过程必须是小于一个模型的摩擦系数，除了需要的摩擦系数。因此，模型 1 的能力必须超过 2 模型跨越障碍物能力。即正反四边形形状暂停叉月球车的跨越障碍物的能力必须超过摇摆轴的跨越障碍物的能力。 B 当跨越障碍物时，平台稳定分析当月球车通过不平的路面时，负载平台将有一定程度上俯仰摆动的角度，非常摇摆程度的大小和悬架形式大关系，只有当性能优良的避震前叉通过路面，才会轻微摇摆，下面将使用角度大小来表达悬架的性能质量，值越小，显示悬架的表现会越好。图 8 是两款车型超越的 250 毫米的高垂直障碍时仰角的变化。实线是模型 1 俯仰角曲线图，虚线是模型 2 的仰角曲线图。图 8 两模型角曲线间距根据曲线关系图表可以看到，模型 2 最大的俯视角为，模型 1 最大俯角为，因此，模型 1 的稳定性要比模型 2 稳定性高，正反四个侧面良好的避震前叉比摇臂悬挂叉能的性能优越。六、结论本文提出一种创新的月球车移动系统，该系统开始使用的正反四边形悬架是一个主体。通过对这篇文章中摇臂式悬架和正反四边形悬架的应力分析，姿势分析，能够得到正反四边形悬架运动系统比摇臂式悬架运动系统有强大的障碍穿越能力和稳定的能力的结论。并对正反四边形悬架的跨越障碍物平台的能力进行仿真分析，通过模拟图形分析了正反四边形悬架等具有的优越性能。该系统的设计是一个比较创新的系统设计，有中国特色的月球车和对以后的系统建设具有一定的参考作用。 8 参考 1欧阳自远，我国月球调查的整体科学目标和发展战略研究 J。地球科学进展 03） :351国）。 2陈世荣，改变姿势摇杆月球车和通过月面的性能研究。中国科学和技术大学。精密仪器，机械国）。 3 G 车辆机器人和载人行星国际宇航局第 57研究所 4 动站系统。空间计划和技术会议 5郑永春，欧阳自远，王世杰等，月球土壤 J的物理和力学性能。矿物岩石，2004,24（ 4）： 14 中国）。作者：王巧灵，关容强，顾东东国籍：中国出处： 2011 9 一种新型月球车悬架的设计与仿真研究摘要本文提出了一种新型的悬架月球车。这种悬臂主要由一个正四边形杠杆机构和负四边形杠杆机构组成。该悬架的设计了基于以下几个方面：攀上障碍，适应地形，顺利行走，相等的分配负载给车轮。在本文中，首先对新悬架结构的进行说明，第二对其杠杆的运动学进行分析，并且建立该悬架机构的关系方程，所以悬架的变形能力是已知的。为了测试的悬架的能力，我们设计了一个原形悬架，并测试其攀登障碍的能力，并且结果表示该装备有新型悬架的模型具有良好的攀爬越障能力，并可以保持平稳。基于我们在测试中发现的缺陷，我们优化杠杆机构，然后建立具有基于后再仿真其能力的比较。进一步的研究工作这种新开发的悬架现在正在开展，以提高其整体性能。中国已确定在不久的将来开展月球探测工程。所研究的新类型的悬架提供了宝贵的技术支持。一、简介中国专家预计将发送月球车到月球上在 2012年实施探索。因此，一些研究机和大学都在积极从事研究相关领域的月球车。由于月球车的运动系统装有检测仪器，重要的是要顺利地移动。以发展勘探技术在 2004年中国吉林中国大学发明了一种新类型的悬挂月球流动站。将悬架主要是由一个正四边形杠杆机制和负四边形杠杆机制。试验结果表明新类型的悬架具有优异的爬上障碍能力，使驾驶室平滑。提出了新的悬架提供了宝贵的在未来的月球探测的技术支持。二、障碍分析显示遇到的障碍部分装在悬架杠杆的力量图 1所示的车轮时。力。合力加载在悬架杠杆轮。之间的角度由力和地平线。个月球车的重量。是路面与车轮的附着系数。是道路阻力系数。定义考虑 F =。它是假定月球车是由 6个车轮，每边三个轮子，和负载的重量是同样分配到六个轮子。所以当单轮遇到障碍物，考虑的特性土壤，采取虑到月球车的结构和重量，采取 G/602。因此，通过等式（ 1），得出的结论是 = 45。它指的方向作用的力车轮悬架杠杆为 45。 10 图 6悬架杠杆三、新型悬架的设计 1悬架的设计原则。 1）出色地翻越障碍从上面的分析我们知道，当车轮遇到障碍，悬架杠杆作用的力的方向轮毂为45。杆机构被设计时，方向一些共同车轮的杠杆方向应垂直于的作用，他们尽可能地以增大扭矩，使杠杆转动的方向有利于爬上障碍。所以，我们应该做的有关杠杆与反向 45到地平线倾斜。 2）出色地顺利行走能力悬架应该有能力自动适应地形的穿越障碍时，可以消除影响凹凸不平的地面，并保持驾驶室平稳。 3）驾驶室的负载分发到每个车轮 4）具有良好的折叠和展开以携带方便 2结构的正和负的四边形悬挂根据上面的悬浮式设计的原则，我们设计了一种新型的悬架，这主要是由一个正四边形杠杆机构构成和一个负的四边形杆机构，如图 2中所示。该悬浮液是由六个杆，和控制杆 1，杆 3和杆 6的端部的连接分别与前 15轮，中间轮 16和后轮 17。杆1 和杆 2是在点 8处铰接，相同的铰接也是在点 7处，控制杆 1和杆 3 的杆 2和杆4 在点 10中，杆 3和杆件 4在点 9，杆 2和杆 5在点 12，杆件 4和杆 6在点 14，并在点 13 的杆 5 和杆 6。双方的正和负的四边形杆机构与驾驶室通过差动轴杆 4 点11。因此，横摆角的驾驶室的平均横摆角两侧杆 4。图 2正反四边形悬架四、地形适应能力 11 1悬架运动学方程为了很容易地分析的运动之间的关系杆，由从中心的辅助线前轮和 45 角度分析，图 3中所示的控制杆 1。三个分支杆 4杆之间的角度分别为 135， 135和 90。控制杆 1是平行于杆 4的一个分支杆，杆图 2是平行于杆 3，和辅助线是平行于另一个分支杆 4杆。每一控制杆的长度分别是 7，图 3中所示。并且轮和其他车轮的中心，是杆 3和杆 1之间的角度，是辅助线之间和控制杆 1，是杆 5和水平辅助线之间的角度，是杆 6和垂直方向之间的辅助线的线辅助线之间的夹角，是和水平，是杆 3 和水平之间，为杆 6和水平之间，是杆 1和之间水平，是杆 6的垂直线之间的角度和杆5星，是杆 2和连杆之间的垂直线 5，是一个中间变量。图 3的悬浮液中的几何参数 2障碍轮攀爬高度考虑到整个结构结构，初始化参数： 400， 50， 250 毫米， 150毫米， 100， 250毫米， 100 250毫米的， 100，50，么样的高度障碍轮可以爬上去可以得到通过而，上面的方程非线性和有 15个 16个变量，方程 h 的分析解决方案不能得到。数值方法这里来解决这个问题，必须施加。由于表达的对应关系，在正极和负极四边形，被选择作为独立变量。 “ 不同的值，在入到方程，和然后的值可以是获得。图 4示出结论的计算通过曲线。标表示 12 提高车轮的高度，曲线的右侧，左侧和中间两侧对应到前面，中间，后轮。显然，最大高度轮高度是约 220 图 4的高度之间的对应关系爬上前，中，后车轮和角度七、结论正反四边形悬架是新开发的悬架系统。测试和仿真结果表明，用新的悬架的模型具有良好的攀爬障碍，适应地形能力，顺利行走，保持驾驶室平稳等，中国已经确认在不久的将来开展月球探测工程。所研究的新类型的悬架杠杆系统将提供宝贵的技术支持。作者： u, 籍：处： on a of 007 附件二：浙江理工大学本科毕业设计（论文）任务书欣禹（专业 / 班级：机械设计及其自动化（ 4）班）现下达毕业设计（论文）课题任务书，望能保质保量地认真按时完成。课题名称八轮星球探测车可展开移动系统设计主要任务与目标月球是距离地球最近的自然天体，蕴藏大量的矿产资源，是人类飞离地球进行深空探测的第一站，也是理想的天然空间中转站。月球车是月球探测中的重要媒介之一，已经成为全世界广泛研究的热点。移动系统作为月球车整体系统的关键部分，其性能的好坏直接影响整个探测任务的成败。本课题主要进行八轮扭杆摇臂式月球车可展开移动系统关键技术的研究。目标：提出的设计方案可行，结构设计合理，完成的三维、二维图纸设计，并完成八轮星球探测车运动学分析与仿真验证。任务： 1. 八轮星球探测车可展开移动系统方案结构设计 2. 八轮星球探测车可展开移动系统的参数设计 3. 八轮星球探测车可展开移动系统三维仿真主要内容与基本要求主要内容： 1. 八轮星球探测车可展开移动系统方案结构设计 2. 八轮星球探测车可展开移动系统的参数设计 3. 八轮星球探测车可展开移动系统三维仿真基本要求：按照课题内容，完成总体构型设计、方案设计和具体结构设计，完成三维、二维装配图和零件图，应用完成八轮星球探测车运动仿真验证。完成毕业设计要求的各种文档，包括开题报告、文献综述、外文翻译、中期报告及毕业设计论文等。严格按照进度安排，保质保量完成所承担的任务；遵守实验室相关规定。主要参考资料及文献阅读任务 1 邹永廖，欧阳自远，李春来 . 月球探测与研究进展 2000，20(10):932 李圣怡，戴一帆，刘阳 . 月球火星探测与月球探测车研制初探 . 第二届月球探测技术研讨会论文集 . 北京 , 2001:1463 李瑞玲，丁希仑，战强 ,等变胞机构的机构学理论及在航天中的应用 2002 2002,8: 2304 邓宗全，胡明，高海波 ,等 . 月球探测车关键技术及其原理样机的研制 . 2002 年深空探测技术与应用科学国际研讨会 . 青岛， 2002:295 胡群芳 , 陈永杰 . 中国掀起月球车研制热 . 深空探测研究 2 (3): 36 刘方湖，陈建平 . 行星探测机器人的研究现状和发展趋势 . 机器人 . 2002,24(3):2687 1997. 8 高海波哈尔滨工业大学工学博士学位论文 1:19 et A of 6, 1994: 17510付宜利，徐贺，王树国等 . 沙地环境移动机器人驱动轮的发展概况综述机器人技术与应用 . 2004,4: 2211刘明治 ,高桂芳 . 空间可展开天线结构研究进展 . 宇航学报 . 2003, 24(1):8212岳建如浙江大学博士学位论文 . 2002:213熊天齐同济大学硕士学位论文 . 2006,114 s 15u, on a of 007 文翻译任务 1 s 2 u, on a of 007 划进度：起止时间内容研、信息汇总，文献查阅分析文翻译、文献综述、开题报告，并熟悉理论力学、机械原理等相关知识交开题报告、文献综述及外文翻译题答辩轮星球漫游车的整体方案设计轮星球漫游车结构设计及零部件设计维模、装配维运动学分析仿真构改进设计及毕业论文撰写成并提交毕业论文理材料准备答辩文答辩实习地点指导教师签名年月日系意见系主任签名：年月日学院盖章主管院长签名：年月日浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告班级 09 机械设计制造及其自动化（ 4）班姓名程欣禹课题名称八轮星球探测车可展开移动系统设计目录 1 选题的背景与意义内外研究现状和发展趋势球车可展开移动系统概述球车空间可展开机构概述轮星球探测车研究意义 2 研究的基本内容轮星球探测车整体的结构设计轮星球探测车可展开移动系统的参数设计轮星球探测车可展开移动系统三维仿真 3 研究方案、可行性分析及预期研究成果究思路方案行性分析期研究成果 4 研究工作计划参考文献成绩：答辩意见答辩组长签名：年月日系主任审核意见签名：年月日八轮星球探测车移动系统的设计与分析程欣禹 (机械设计制造及其自动化 09(4)班 1 选题的背景与意义月球是距离地球最近的自然天体，蕴藏大量的矿产资源，是人类飞离地球进行深空探测的第一站，也是理想的天然空间中转站。月球所具有的巨大经济、政治和军事价值使得月球探测成为人类一直关注的焦点 1。星球车是月球探测中的重要媒介之一，已经成为全世界广泛研究的热点。移动系统作为星球车整体系统的关键部分，其性能的好坏直接影响整个探测任务的成败 2。20世纪 90年代产生的以空间机构的折叠、伸展、组合为主要研究内容的 “ 变胞机构”等机构学研究最新成果，为星球车可展开移动系统关键技术的研究奠定了理论基础，但这方面的理论研究尤其是工程应用还有待于完善和发展 3。由于航天器运载技术和发射费用的限制，在具有良好的环境自适应能力的前提下，体积小、质量轻成为星球车研制的主要技术指标。因为减小星球车的体积，不仅可以减小其运载火箭的体积和质量，节省推动力，降低发射成本，而且对提高发射的可靠性意义重大。而星球车体积小却意味着其所搭载的仪器设备数量将减少，其直接效果是降低星球车的探测能力。因此，如何使星球车在满足预期的探测功能的前提下，尽可能少的占用运载器的有效载荷空间是一个很值得研究的课题。内外研究现状和发展趋势自 20 世纪 60 年代以来，以美国、俄罗斯、法国、日本等发达国家为首，各国科研机构纷纷进行各种类型行星车的研制，有的甚至已进入实用化、商品化阶段，如“勇气号”火星车。在国内，清华大学、哈尔滨工业大学 4、国防科技大学、北京航空航天大学、上海交通大学、华中科技大学和航天科技集团 502 所等高等院校及科研院所相继开展了这方面的研究工作 5。迄今为止，国内外研究人员从行星车移动系统的越障性能、地形适应能力、能耗等要求出发，研制出各类行星车移动系统产品及样机多达四十余种。根据移动系统的体积大小不同，可分为微型、超小型、中型及大型等四类。根据操纵控制方式不同，可分为有人驾驶、无人驾驶远程遥控两类。根据移动方式不同，可分为履带式、腿式、轮式、轮腿式等几类 6，由于轮式移动系统具有运动速度快的优点，故得到了广泛研究。随着各种悬架的出现，其越野能力已大大增强，可以与腿式移动系统相媲美 27。以下根据不同部位可展开轮式移动系统进一步分类。球车可展开移动系统概述体可展开移动系统整体可展开移动系统以三轮移动系统为主，由于三个车轮联接于同一个悬架，移动系统的折叠与展开需整体进行。具有代表性的有日本东京工业大学联合开发的采用轴环和可压缩轮结构，具有较强的机动性，其体积折叠比可达到 373%。移动系统整体展开的还有美国国家技术标准局 (制的索缆并联机器人。该移动系统由三组索杆铰接在一个台上形成，索杆可代替动力源驱动形成移动框架。通过索缆的顺序张紧与释放，改变索杆和车轮间相对位置，可最终完成折叠与展开功能。盘可展开移动系统美国制的 0是一种底盘可变形的四轮行星车。它采用前苏联的自包含电动轮模块概念、列的转向节悬挂机构、显式转向连杆机构和自动轮距扩展概念，利用均化悬挂系统平滑车体相对于车轮的运动，保证在各种地形情况下四轮都能同时着地。当底盘完全展开时所占的包络空间可比其折叠状态时增加 35%，这种展开功能使底盘具备超越其装载结构 20%的静稳定性。其底盘主要通过两个四杆机构进行变形，当底盘展开时四杆机构变成一个菱形，当底盘收缩时四杆机构则变成一条直线，每组四杆机构具有独立的驱动装置。架可展开移动系统悬架可展开移动系统通过独立悬架机构的折叠与展开实现体积变化，具有结构相对简单的特点。该类型移动系统在美国制的“ 及“ 得到了成功应用 11。其中“ 叠收拢时采用蹲坐的方式，通过将摇臂杆在与车体连接的枢轴处分为两部分实现。车体站起时，其它车轮不动，后轮被驱动向前，车体被拱起达到要求高度时，弹簧捕捉机构将其锁定，使整车处于可工作状态。 “ 火星车的折叠、展开与 “ 有很多不同，它可实现长、宽、高三方向的折叠与展开。“ 架的折叠主要通过悬架各构件间相对位置的改变来实现，参与折叠的构件包括后副摇臂 (前副摇臂 ( 副摇臂铰轴 (后主摇臂 (主摇臂转动副 (前主摇臂 (主摇臂展开驱动电机 (部分。当“ 叠时，后副摇臂沿着滑道缩入前副摇臂，使中轮与后轮的轮距缩小，从而减小整车长度尺寸；后主摇臂通过副摇臂铰轴及主摇臂转动副分别与副摇臂及前主摇臂发生相对转动，实现车体的蹲伏，缩小整车高度尺寸；前主摇臂绕主摇臂转动副转动，使车轮转向内侧，减小车体前端宽度尺寸。轮可展开移动系统可展开车轮在国内外的研究均较少， 60 年代美国设计了一种圆规腿步行轮 12，它通过多种传感器获得车辆的位姿信息，由计算机控制参数的变化，能完全补偿步行轮的多边形效应，并能在步行轮和普通轮之间转换以适应地面的坡度、越过障碍并保持行驶平顺性。在国内，北航研制出一种可重复展开式车轮，与圆规腿步行轮工作方式相仿，这种车轮在星球车移动过程中可根据控制系统发出的指令展开与折叠。哈尔滨工业大学机电工程学院在可展开式车轮上，进行了初步的研究，研制出几种可展开式车轮。球车空间可展开机构概述可展开式星球车在地面上被收拢成折叠状态，固定于运载工具的有效载荷舱内，随着陆器降落到月面后，根据地面的控制指令逐步完成展开动作，然后锁定并保持为移动系统工作状态，属于一种特殊的空间可展开机构。间可展开机构研究现状 20 世纪 60 年代可展开机构的概念最初在建筑领域被提出，并得到成功应用。随着航空航天技术的发展，以太空应用为背景的空间可展开机构得到广泛的研究与应用。空间可展开机构的主要形式包括太阳帆板、伸展臂、空间可展开天线、空间操作平台、雷达定位杆、空间望远镜调焦机构、空间望远镜展开镜面机构等，其中大型展开天线和太阳帆是大型空间可展开机构研究最活跃、深入的领域。 20 世纪 70 年代后期美国航天局 (其近期、远期发展规划中提出了各种形式的展开天线 13，并对其概念设计、分析理论方法、具体应用设计技术开发进行了系统深入的研究。俄罗斯宇航局也在可展开机构设计发展应用上做出了卓越贡献，尤其在“和平号”空间站上。剑桥大学与欧空局共同建立了可展开机构实验室，对可展开机构进行理论研究及应用。同时欧空局在其卫星发展计划中也对可展开机构技术进行了深入的研究。日本宇宙科学研究所（日本宇航中心（及加拿大和印度等国在展开折叠技术研究应用上纷纷发展了自己的技术。我国对空间可展开机构的研究起步较晚，具有代表性的是浙江大学关富玲教授领导的课题组，对伸展臂及空间可展天线等在设计原理、运动规划、静力分析、动力分析、机构设计等方面进行了研究及实验 14。间可展开机构的分类目前空间可展开机构还没有统一的分类原则，可以按展开动力、结构型式、展开顺序等多种方式进行分类。如按照折叠机构组成单元类型可分为杆系单元、板系单元，而杆系单元又可分为剪式铰单元与伸缩式单元；依照机构展开成型后的稳定平衡方式可分为自稳定可展开机构与附加支承可展开机构；而按展开驱动方式进行分类最为详细，包括下面五种情况 15。电机驱动利用电机驱动主动件或者是通过传动使机构展开。根据机构的要求和形式的不同，电机的分布方式也不尽相同，主要有分散布置和集中布置两种方式。采用微电机驱动时，在设计中要考虑是使机构整体展开还是使其逐级展开。如环柱状天线 (用整体展开，通过中心电机驱动环向索带动各个肋支座转动从而使机构整体展开。簧驱动弹簧种类很多，包括拉压簧、扭簧、蝶簧、塔簧等。在可伸展机构中，主要使用拉压簧和扭簧。如果在机构接点或杆件中点安放弹簧，在折叠过程中，弹簧存储了一定的应变能，当机构解锁后，应变能释放，驱动机构整体展开。美国司的线属于弹簧驱动。对于拉压簧驱动，在需要变化长度的杆件中间设置拉伸弹簧，机构处于收纳状态时，弹簧处于拉伸状态而存储弹性能量，当机构解锁后，拉伸弹簧的收缩驱动机构展开，应用广泛的自适应可展机构采用的就是这一展开方式。对于扭簧驱动，在机构的节点或杆件中点处按特定要求设置扭簧，机构处于收纳状态时扭簧受预紧力存储弹性变形能，当机构解锁后扭簧释放弹性能量，驱动机构同步展开。大型桁架机构多采用这种方法，如俄罗斯研制的列，美国制的及常见的太阳帆板。压或气压驱动这里所指的有两种情况，一种是指机械范围内的驱动，通常由液压或气压系统推动杆件或构件运动，从而带动整个系统伸展。另一种是充气膜结构，该结构以柔性薄膜材料制造，内部为空腔，通过向结构内部充入气体而使结构膨胀展开，生成预先设计的形状，并实现其功能要求。为了增强结构的可靠性，在展开后一般还需进行结构表面的固化工作，以防止结构因漏气而影响工作性能。目前折叠 /展开方式主要有 3种： Z 形折叠 /展开、卷曲式折叠 /展开以及喷出式折叠 /展开。 20 世纪 90 年代以来，国际上对充气膜结构的研究开始升温。目前对充气太空结构的研究主要集中在通讯卫星、空间站、深空探测、火星计划等领域。美国宇航局还为充气膜结构的研究制订了中长期计划。中期计划包括发展太阳帆板、天线、太阳防护罩、太阳阵列以及工业雷达结构技术；长期计划包括将充气天线及太阳帆板应用于实际，以及发展伸展驱动机构的一部分构件、某些特定构件的中点或整个机构由记忆合金等特殊元件或特殊材料做成，使其在特定环境下可按设计要求自动展开，如美国外充气硬化机构也是一种自伸展机构，其在一定的环境条件下会自动展开。合驱动有些可展机构的展开和收拢过程需要以上两种或者几种方式联合起来进行驱动。轮星球探测车研究意义本课题主要进行八轮扭杆摇臂式星球车可展开移动系统关键技术的研究。其研究成果对于星球车可展开移动系统的进一步研制乃至其它空间可展开机构应用技术的研究均具有一定的借鉴意义。 2 研究的基本内容本次毕业设计中主要完成的内容包括： 1）八轮星球探测车整体的结构设计对八轮扭杆摇臂式星球车可展开移动系统进行设计，包括车轮部件、悬架部件及悬架展开动力源。根据车轮部件独立驱动、独立转向的功能要求，进行驱动传动装置及转向装置的设计，同时采用可展开车轮新构型设计相应的轮辐结构。 2）八轮星球探测车可展开移动系统的参数设计根据八轮扭杆摇臂星球车车型特点，建立了由结构尺寸参数表征的越障通过性能参数表达式，对移动系统的越障通过性能进行了全面分析。在此基础上，求解并确定了主要结构尺寸，保证了所设计星球车的越障性能。 3）八轮星球探测车可展开移动系统三维仿真通过建立的三维模型，对展开过程进行仿真。 3 研究思路方案、可行性分析及预期成果本设计论文拟采用理论分析与三维建模与仿真实验的方法，在前人的基础上，通过三维环境完成八轮星球探测车的设计仿真，并对其进行初步的运动学分析。究思路方案具体思路方案包含以下三个方面：据月球表面情况对八轮星球探测车进行结构设计包括整体可展开移动系统、底盘可展开移动系统、车轮可展开移动系统，基于以上理论可进行对八轮星球探测车机构原理分析。轮星球探测车目前 ,随着计算机辅助技术的不断发展 ,三维造型软件功能不断完善 ,传统的二维设计正逐渐被三维实体设计所代替。 988年开发的参数化设计系统 ,是一套由设计至生产的机械自动化的三维实体模型 (3计软件 ,它不仅具有强大功能 ,同时还具有功能 ,广泛应用于工业设计、机械设计、模具设计、机构分析、有限元分析、加工制造及关系数据库管理等领域。而且能同时支持针对同一产品进行同步设计 ,具有单一数据库、全相关性、以特征为基础的参数式模型和尺寸参数化等优点。采用三维计的产品 ,是和实物完全相同的数字产品 ,零部件之间的干涉一目了然 ,件能计算零部件之间的干涉和体积 ,把错误消灭在设计阶段9。运用通过对特征工具的操作 ,避免高级语言的复杂编程 ,所开发设计出来的八轮星球探测车 ,便于研究人员通过对界面特征工具的操作 ,生成八轮星球探测车实体模型，甚至输出所需要的工程图及相关分析数据。这样既可辅助研究人员完成其设计构思、减轻劳动强度、提高效率和精度、改善视觉的立体效果 ,并可有效地缩短研制周期 ,提高设计制造的成功率 ;也为后续的 3 轮星球探测车真分析运动仿真是机构设计的一个重要内容 , 在通过对机构添加运动副、驱动器使其运动起来 ,来实现机构的运动仿真。通过仿真技术可以在进行整体设计和零件设计后 , 对各种零件进行装配后

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