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

購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 學 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 設(shè)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(shè)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(shè)計（論文）任務(wù)書 課題名稱 八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)設(shè)計 主要任務(wù)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(guān)鍵部分，其性能的好壞直接影響整個探測任務(wù)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(guān)鍵技術(shù)的研究。 目標： 提出的設(shè)計方案可行，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，完 成的三維、二維圖紙設(shè)計，并完 成八輪星球探測車運動學分析與仿真驗證。 任務(wù)： 1. 八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)設(shè)計 2. 八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計 2. 八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)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(gòu)型設(shè)計、方案設(shè)計和具體結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)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(shè)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(wù)；遵守實驗室相關(guān)規(guī)定。 主要參 考資料 及文獻 閱讀任務(wù) 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(shù)研討會論文集 . 北京 , 2001:1463 李瑞玲 ， 丁希侖 ， 戰(zhàn)強 ,等 變胞機構(gòu)的機構(gòu)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(guān)鍵技術(shù)及其原理樣機的研制 . 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 2002年深空探測技術(shù)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): 36 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):2687 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(shù)與應用 . 2004,4: 2211劉明治 ,高桂芳 . 空間可展開天線結(jié)構(gòu)研究進展 . 宇航學報 . 2003, 24(1):8212岳建如 結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制分析 2002:213熊天齊 同濟大學碩士學位論文 . 2006,114 s 15u, on a of 007 文 翻譯任務(wù) 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(guān)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(shè)計 輪星球漫游車 結(jié)構(gòu)設(shè)計及零部件設(shè)計 維 配 維運動學分析仿真 構(gòu)改進設(shè)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(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 充值后就可以下載此設(shè)計說明書。全套資料包含有相應的明書（附帶：任務(wù)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(shè)計題目直接聯(lián)系！ 浙江理工大學本科畢業(yè)設(shè)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(shè)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(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計 輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)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(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 八輪星球探測車移動系統(tǒng)的設(shè)計與分析 程欣禹 (機械設(shè)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(guān)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(guān)鍵部分，其性能的好壞直接影響整個探測任務(wù)的成敗 2。 20世紀 90年代產(chǎn)生的以空間機構(gòu)的折疊、伸展、組合為主要研究內(nèi)容的 “ 變胞機構(gòu)”等機構(gòu)學研究最新成果，為星球車可展開移動系統(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用還有待于完善和發(fā)展 3。 由于航天器運載技術(shù)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(shù)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(shè)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(gòu)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(jié)構(gòu)，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(shù)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) 的自包含電動輪模塊概念、 式轉(zhuǎn)向連桿機構(gòu)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(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 所占的包絡(luò)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(jié)構(gòu) 20%的靜穩(wěn)定性。其底盤主要通過兩個四桿機構(gòu)進行變形，當?shù)妆P展開時四桿機構(gòu)變成 一個菱形，當?shù)妆P收縮時四桿機構(gòu)則變成一條直線，每組四桿機構(gòu)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(gòu)的折疊與展開實現(xiàn)體積變化，具有結(jié)構(gòu)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(gòu)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(gòu)件間相對位置的改變來實現(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(cè)，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(shè)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(gòu)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(gòu)。 間可展 開機構(gòu)研究現(xiàn)狀 20世紀 60年代可展開機構(gòu)的概念最初在建筑領(lǐng)域被提出，并得到成功應用。隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，以太空應用為背景的空間可展開機構(gòu)得到廣泛的研究與應用?？臻g可展開機構(gòu)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(gòu)、空間望遠鏡展開鏡面機構(gòu)等，其中大型展開天線和太陽帆是大型空間可展開機構(gòu)研究最活躍、深入的領(lǐng)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(shè)計、分析理論方法、具體應用設(shè)計技術(shù)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(gòu)設(shè)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(gòu)實驗室，對可展開機構(gòu)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(gòu)技術(shù)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(shù)研究應用上紛紛發(fā)展了自己的技術(shù)。我國對空間可展開機構(gòu)的研究起步較晚，具有代表性的是浙江大學 關(guān)富玲教授領(lǐng)導的課題組，對伸展臂及空間可展天線等在設(shè)計原理、運動規(guī)劃、靜力分析、動 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 力分析、機構(gòu)設(shè)計等方面進行了研究及實驗 14。 間可展開機構(gòu)的分類 目前空間可展開機構(gòu)還沒有統(tǒng)一的分類原則，可以按展開動力、結(jié)構(gòu)型式、展開順序等多種方式進行分類。如按照折疊機構(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；依照機構(gòu)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(gòu)與附加支承可展開機構(gòu)；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(gòu)展開。根據(jù)機構(gòu)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(shè)計中要考慮是使機構(gòu)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(gòu)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(gòu)中，主要使用拉壓簧和扭簧。如果在機構(gòu)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(gòu)解鎖后，應變能釋放，驅(qū)動 機構(gòu) 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(shè)置拉伸彈簧，機構(gòu)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(gòu)解鎖后，拉伸彈簧的收縮驅(qū)動機構(gòu)展開，應用廣泛的自適應可展機構(gòu)采用的就是這一展開方式。對于扭簧驅(qū)動，在機構(gòu)的節(jié)點或桿件中點處按特定要求設(shè)置扭簧，機構(gòu)處于收納狀態(tài)時扭簧受預緊力存儲彈性變形能，當機構(gòu)解鎖后扭簧釋放彈性能量，驅(qū)動機構(gòu)同步展開。大型桁架機構(gòu)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(gòu)件運動，從而帶動整個系統(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，通過向結(jié)構(gòu)內(nèi)部充入氣體而使結(jié)構(gòu)膨脹展開，生成預先設(shè)計的形狀，并實現(xiàn)其功能要求。為了增強結(jié)構(gòu)的可靠性，在展開后一般還需進行結(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(jié)構(gòu)的研究開始升溫。目前對充氣太空結(jié)構(gòu)的研究主要集中在通訊衛(wèi)星、空間站、深空探測、火星計劃等領(lǐng)域。美國宇航局還為充氣膜結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)技術(shù)；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(shù)等。 伸展驅(qū)動 機構(gòu)的一部分構(gòu)件、某些特定構(gòu)件的中點或整個機構(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)計要求自動展開，如美國 發(fā)的整體展開應用技術(shù)。另外充氣硬化機構(gòu)也是一種自伸展機構(gòu)，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(gòu)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(guān)鍵技術(shù)的研究。 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)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(gòu)應用技術(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)計中主要完成的內(nèi)容包括： 1）八輪星球探測車整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 對八輪扭桿搖臂式星球車可展開移動系統(tǒng)進行設(shè)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(shè)計，同時采用可展開車輪新構(gòu)型設(shè)計相應的輪輻結(jié)構(gòu)。 2） 八輪星球探測車可展開移動系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計 根據(jù) 八輪扭桿搖臂星球車 車型特點， 建立了 由結(jié)構(gòu)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(chǔ)上，求解并確定了主要結(jié)構(gòu)尺寸，保證了所設(shè)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(shè)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(chǔ)上，通過三維 環(huán)境完成八輪星球探測車的設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(gòu)原理分析。 輪星球探測車 目前 ,隨著計算機輔助技術(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)計正逐漸被三維實體設(shè)計所代替。 988年開發(fā)的參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng) ,是一套由設(shè)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(shè)計、機械設(shè)計、模具設(shè)計、機構(gòu)分析、有限元分析、加工制造及關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理等領(lǐng)域。而且能同時支持針對同一產(chǎn)品進行同步設(shè)計 ,具有單一數(shù)據(jù)庫、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。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(shè)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(shè)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(guān)分析數(shù)據(jù)。這樣既可輔助研究人員完成其設(shè)計構(gòu)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(shè)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(gòu)設(shè)計的一個重要內(nèi)容 , 在 通過對機構(gòu)添加運動副、驅(qū)動器使其運動起來 ,來實現(xiàn)機構(gòu)的運動仿真。通過仿真技術(shù)可以在進行整體設(shè)計和零件設(shè)計后 , 對各種零件進行裝配后模擬機構(gòu)的運動 , 從而檢查機構(gòu)的運動是否達到設(shè)計的要求 , 可以檢查機構(gòu)運動中各種運動構(gòu)件之間是否發(fā)生干涉，實現(xiàn)機構(gòu)的設(shè)計與運動軌跡校核。同時 , 可直接分析各運動副與構(gòu)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(guān)系及關(guān)鍵部件的受力情況。在 不需要復雜的數(shù)學建 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)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(chǔ) ,集設(shè)計與運動分析于一體 ,實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、分析的參數(shù)化和全相關(guān) ,反映機構(gòu)的真實運動情況。 本次畢業(yè)設(shè)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(shè)置 機構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計 和 研究 是星球車 方面研究的基礎(chǔ) 。 因此 ，對 具有理想結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計研究 ，從幾何、運動學、動力學及結(jié)構(gòu)關(guān)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(chǔ)上，本設(shè)計論文進行 欠驅(qū)動多指手設(shè)計與仿真，在基本原理上是可行的。 本設(shè)計的工作主要涉及力 學、機械原理和機械設(shè)計等方面的知識，以及 人已學習了這些相關(guān)課程，并取得了較好的成績，掌握了本設(shè)計所需的基本知識。 指導老師在星球探測車的相關(guān)研究方面具有很多成功的經(jīng)驗，本設(shè)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(shè)計的順利完成并取得預期的研究成果。 期研究成果 設(shè)計出八輪星球探測車，完成三維建模。通過仿真分析，保證設(shè)計能較好的滿足設(shè)計要求 。 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(guān)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(shè)計 輪星球探測車移動系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)設(shè)計及零部件設(shè)計 維 配、三維運動學分析仿真 構(gòu)改進設(shè)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(shù)研討會論文集 . 北京 , 2001:14618李瑞玲 ， 丁希侖 ， 戰(zhàn)強 ,等 變胞機構(gòu)的機構(gòu)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(guān)鍵技術(shù)及其原理樣機的研制 . 2002年深空探測技術(shù)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): 321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):268221997. 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 23高海波 哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文 1:124et A of 6, 1994: 17525E. J. A. et A of 998:61126et 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(shù)與應用 . 2004,4: 2228劉明治 ,高桂芳 . 空間可展開天線結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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(gòu)概述 間可展開機構(gòu)研究現(xiàn)狀 間可展開機構(gòu)的分類 4 總結(jié) 參考文獻 指導 教師 審批 意見 簽名： 年 月 日 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 八輪星球漫游車移動系統(tǒng)的設(shè)計與分析 程欣禹 (機械設(shè)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(guān)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(guān)鍵部分，其性能的好壞直接影響整個探測任務(wù)的成敗 2。 20世紀 90年代產(chǎn)生的以空間機構(gòu)的折疊、伸展、組合為主要研究內(nèi)容的 “ 變胞機構(gòu)”等機構(gòu)學研究最新成果，為月球車可展開移動系統(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用還有待于完善和發(fā)展 3。 由于航天器運載技術(shù)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(shù)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(shè)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(guān)鍵技術(shù)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(gòu)應用技術(shù)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(gòu)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(jié)構(gòu)，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(shù)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(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)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) 的自包含電動輪模塊概念、 式轉(zhuǎn)向連桿機構(gòu)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(luò)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(jié)構(gòu) 20%的靜穩(wěn)定性。其底盤主要通過兩個四桿機構(gòu)進行變形，當?shù)妆P展開時四桿機構(gòu)變成一個菱形，當?shù)妆P收縮時四桿機構(gòu)則變成一條直線，每組四桿機構(gòu)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(jié)構(gòu) 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(gòu)的折疊與展開實現(xiàn)體積變化，具有 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 結(jié)構(gòu)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(gòu)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(cè)懸架結(jié)構(gòu)參見圖 2架的折疊主要通過懸架各構(gòu)件間相對位置的改變來實現(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(cè)，減小車體前端寬度尺寸，實現(xiàn)如圖 2 圖 2 星探測車單側(cè)懸架結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)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(gòu)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(gòu)。 間可展開機構(gòu)研究現(xiàn)狀 20世紀 60年代可展開機構(gòu)的概念最初在建筑領(lǐng)域被提出，并得到成功應用。隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，以太空應用為背景的空間可展開機構(gòu)得到廣泛的研究與應用?？臻g可展開機構(gòu)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(gòu)、空間望遠鏡展開鏡面機構(gòu)等，其中大型展開天線和太陽帆是大型空間可展開機構(gòu)研究最活躍、深入的領(lǐng)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(shè)計、分析理論方法、具體應用設(shè)計技術(shù)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(gòu)設(shè)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(gòu)實驗室，對可展開機構(gòu)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(gòu)技術(shù)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(shù)研究應用上紛紛發(fā)展了自己的技術(shù)。我國對空間可展開機構(gòu)的研究起步較晚，具有代表性的是浙江大學關(guān)富玲教授領(lǐng)導的課題組，對伸展臂及空間可展天線等在設(shè)計原理、運動規(guī)劃、靜力分析、動力分析、機構(gòu)設(shè)計等方面進行了研究及實驗 14。 間可展開機構(gòu)的分類 目前空間可展開機構(gòu)還沒有統(tǒng)一的分類原則，可以按展開動力、結(jié)構(gòu)型式、展開順序等多種方式進行分類。如按照折疊機構(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；依照機構(gòu)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(gòu)與附加支承可展開機構(gòu)；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(gòu)展開。根據(jù)機構(gòu)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(shè)計中要考慮是使機構(gòu)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(gòu)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(gòu)中，主要使用拉壓簧和扭簧。如果在機構(gòu)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(gòu)解鎖后，應變能釋放，驅(qū)動 機構(gòu) 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(shè)置拉伸彈簧，機構(gòu)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(gòu)解鎖后，拉伸彈簧的收縮驅(qū)動機構(gòu)展開，應用廣泛的自適應可展機構(gòu)采用的就是這一展開方式。對于扭簧驅(qū)動，在機構(gòu)的節(jié)點或桿件中 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 點處按特定要求設(shè)置扭簧，機構(gòu)處于收納狀態(tài)時 扭簧受預緊力存儲彈性變形能，當機構(gòu)解鎖后扭簧釋放彈性能量，驅(qū)動機構(gòu)同步展開。大型桁架機構(gòu)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(gòu)件運動，從而帶動整個系統(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，通過向結(jié)構(gòu)內(nèi)部充入氣體而使結(jié)構(gòu)膨脹展開，生成預先設(shè)計的形狀，并實現(xiàn)其功能要求。為了增強結(jié)構(gòu)的可靠性，在展 開后一般還需進行結(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(jié)構(gòu)的研究開始升溫。目前對充氣太空結(jié)構(gòu)的研究主要集中在通訊衛(wèi)星、空間站、深空探測、火星計劃等領(lǐng)域。美國宇航局還為充氣膜結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)技術(shù)；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(shù)等。 伸 展驅(qū)動 機構(gòu)的一部分構(gòu)件、某些特定構(gòu)件的中點或整個機構(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)計要求自動展開，如美國 發(fā)的整體展開應用技術(shù)。另外充氣硬化機構(gòu)也是一種自伸展機構(gòu)，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(gòu)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(jié) 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(jié)構(gòu)型式、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計 和 研究 是星球車 方面研究的基礎(chǔ) 。 因此 ，對 具有理想結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計研究 ，從幾何、運動學、動力學及結(jié)構(gòu)關(guān)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(shù)研討會論文集 . 北京 , 2001:14633李瑞玲 ， 丁希侖 ， 戰(zhàn)強 ,等 變胞機構(gòu)的機構(gòu)學理論及在航天中的應用 2002 2002,8: 230 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 34鄧宗全，胡 明，高海波 ,等 . 月球探測車關(guān)鍵技術(shù)及其原理樣機的研制 . 2002年深空探測技術(shù)與應用科學國際研討會 . 青