高通过性与平稳性月球车移动系统设计

基于自主行为控制的月球车运动规划的开题报告一、研究背景随着探索宇宙的深入，月球探测日益成为一项重要的领域。

在进行月球探测时，运动规划是其中的一个重要环节。

月球车作为月球探测的主要工具之一，需要高效而准确的运动规划，来通过复杂的月球地貌，获取丰富有用的数据信息。

目前，国内外对于月球车运动规划的研究存在很多，而这些研究主要基于三大方向：传感器数据分析、最优化算法和机器学习。

但是以上研究所涉及的实验环境大多是静态环境下制定的路线，而在实际的月球探测中，由于月球表面环境复杂，车辆需要能够根据所掌握的情况自主决策。

因此，基于自主行为控制的月球车运动规划成为了研究关注的焦点。

该研究旨在通过探索机器智能技术，实现月球车的自主控制，为月球探测提供更高效、更准确的运动规划服务。

二、研究目标和内容本研究将基于自主行为控制，开发一种适合月球车的运动规划策略，此策略将可以使月球车在不同的月球地貌环境中，根据所掌握的情况自主控制运动，防止月球车出现碰撞、卡顿等现象，提高月球车的稳定性和可靠性。

本研究的内容主要包括以下几点：1. 月球地貌环境建模：首先，需要将月球表面地貌进行建模，以获取更真实、可靠的环境数据，并将其转化为数字化地图数据。

2. 自主决策算法设计：将经典的自主决策算法，如强化学习、遗传算法等等，进行改进，使其适用于月球车的自主控制，以实现月球车在不同地貌环境下复杂动态场景中的自主决策。

3. 运动规划策略实现：在月球车通过自主决策算法之后，需要针对特定地貌环境，实现相应的运动规划策略，为月球车提供准确、高效的运动控制指令。

4. 仿真实验与验证：构建开放式月球车行动控制仿真实验平台，通过充分验证各项算法的可行性、可靠性，来检验月球车运动规划策略的有效性与优越性。

三、研究意义与创新本研究的意义主要体现在以下几个方面：1. 丰富月球车运动规划研究的方法：本研究提出的基于自主行为控制原理的月球车运动规划方法，是一种全新的、基于智能技术的优化算法。

工程月球车的设计方案摘要随着人类对外太空的探索不断深入，工程月球车的设计与制造已成为一个迫切的需求。

本文将介绍一款用于月球探测与科学研究的工程月球车的设计方案。

该月球车将具备行驶、操控、采集样本、传感器监测等多项功能，以满足人类对月球环境的探索需求。

1. 引言自20世纪之初，人类就对月球进行了广泛的科学研究，特别是在上世纪60年代末，美国和苏联分别成功地进行了载人登月任务。

自此之后，对月球的研究更是广泛展开。

为了更深入地了解月球表面的地质构造、地质活动以及与地球的相似性，月球探测车（月球车）的设计与制造变得极为重要。

2. 设计目标本设计方案将针对工程月球车的主要设计目标进行分析。

月球车需要满足以下基本目标：1）能够在月球表面行驶并且能够适应不同的地形环境；2）携带各种科学研究设备，如激光测距仪、地质钻探设备等；3）具备远程操控和自主导航能力；4）能够在极端环境下工作，如低温、真空等；5）具备样本采集和分析功能；3. 结构设计工程月球车整体结构设计分为底盘、动力系统、悬挂系统、传动系统等几大部分。

底盘设计：底盘设计应具有足够的强度和刚度，以支撑月球车整机。

采用轻质合金材料作为底盘材料，并且加强关键连接处的焊接连接，以保证整机的稳固性和耐用性。

动力系统：考虑到月球表面的复杂地形，月球车的动力系统应该具备较强的通过性和悬挂适应性。

采用四轮驱动，同时结合电动发动机和太阳能电池板作为能源，并配置强有力的悬挂系统，以增加车辆的通过性和操控性。

传动系统：传动系统负责将动力从电动发动机传输到车轮，需要具备较高的效率和可靠性。

采用先进的齿轮传动设计，以保证传动效率和传动寿命。

4. 功能设计月球车需要具备丰富的功能以满足科学研究的需求，包括采样、分析、传感器监测等。

采样系统：月球车需要能够在月球表面采集地质样本并进行分析。

通过装备高精度激光测距仪，携带地质钻探设备等，以实现对地质样本的采集和分析。

传感器监测：月球车需要装备多种传感器，如温度传感器、湿度传感器、气压传感器等，以对月球表面的环境参数进行监测。

月球车行走系统设计02011509——姜晓文方案总体设计◆1、车轮设计——普通车轮◆2、悬架设计——双曲柄滑块联动悬架◆3、车体设计——差速轮系◆4、驱动电机和减速器——直流电机和行星齿轮减速器车轮设计普通车轮：普通轮系通常采用包容结构, 对直线牵引、转向驱动、检测等功能模块进行一体化设计与制造, 减少质量和增强可靠性。

行星车轮：越障能力强, 且有一定的地面自适应能力,但转向只能通过差速实现, 不如普通轮系灵活。

选择采用普通车轮，保证转向的灵活。

双曲柄滑块联动：相比于摇臂式的悬架，获得较好的越障能力和行走的平顺性。

选择采用双曲柄滑块联动悬架，保证一定的越障能力。

车体设计差速轮系：车体采用差速轮系与左右车体固联，均化车体的俯仰角。

采用差速轮系，保证车体行驶的平稳性。

驱动电机和减速器设计牵引电机和转向电机分别实现行走和转向。

牵引电机：采用直流电机和行星齿轮减速器转向电机：采用直流电机和行星齿轮减速器和蜗轮蜗杆◆车轮尺寸◆悬架结构尺寸◆电机的选择和行星齿轮减速器的传动比——设计要求◆最大外形尺寸：900mm(长)×600mm(宽)×450mm(高)；◆总质量不超过50kg◆移动速度不小于0.1m/s——月球地面情况的参考信息◆1~3米的月球车大概会遇到25°斜坡，15~20cm高的障碍。

（可以一这个数据建立月球表面的模型和为满足一定的越障能力确定悬架的尺寸）◆月球表面的滚动阻力系数0.35左右。

（结合月球表面的路面情况（干沙和坑洼）估计，还未在文献中找到可以参考的数值）◆参考车轮的大小直径220mm 宽度100mm。

（车轮的直径大小会影响车轮转速和所需要的扭矩）——悬架尺寸的设计要满足前后轮的20cm的越障高度。

主摇臂：235mm连杆1：234mm连杆2：234mm曲柄1：158mm曲柄2：158mm——电机和减速器的传动比的设计驱动力的计算：车的行驶阻力=滚阻+坡阻F=F f+F i=Gφ=G(i+f)=mg(i+f)/2；月球上重力加速度g=1.63m/s^2坡度i=tanð；倾斜角ð；滚阻f；驱动力=行驶阻力F t=F；空载质量50kg预计月球车的最大载荷为100kg F=100X1.63X（0.35+0.46）/2=66.015N驱动力F t=66.015N——电机和减速器的传动比的设计电机的选择计算：工作功率P t=F t v (w)；电机的功率P=P t/η;η传递效率；根据P值选择电机工作功率：P t=F t v =6.6015.X0.1=6.602(w) MAXON行星齿轮减速器的传递效率η1=0.65联轴器的传递效率η2=0.98η=η1Xη2Xη2=0.62426P=6.602/0.637=10.58w选取额定功率为15w的Maxon伺服电机型号为：267121额定电压：24v额定转速：2800r/min方案的具体设计——电机和减速器的传动比的设计行星齿轮减速器选择：车轮半径R车轮转速n=60v/(2piR)传动比i=额定转速/车轮转速根据传动比选择减速器车轮半径：110mm车轮转速n=60X0.1/(2piX0.11)=8.68r/ min传动比i=1210/8.68=244选择Maxon行星齿轮减速器型号：218418减速比为256：1能够承受的最大扭矩为：0.15Nm◆悬架的设计基本完成◆牵引电机和行星齿轮减速器的计算已经完成◆接下来的进度：◆悬架的进一步计算（根据悬架的受力来确定悬架的截面宽度）◆转向的设计◆构建三维模型。

四杆悬架机构月球车行走系统设计-系统设计论文-设计论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：探月工程的推进对月球车提出了更高的越障要求，文章基于四杆悬架机构越障能力强的特点，设计出一款新型月球车行走系统，并使用Adams进行运动学仿真，详细分析了其中震荡、侧滑与横摆、侧倾与俯仰等问题。

该新型月球车行走系统具有较高的地形适应能力和通过能力，可以满足一般要求。

关键词：月球车；四杆悬架机构；运动学仿真月球作为距离地球最近的天体，成为各国宇宙空间探测的重点目标之一，相比于载人航天探测，月球探测车的探测成本更低，且消除了载人航天的安全隐患。

然而月球表面存在很多行驶障碍，资料显示，1m～3m大小的月球车会遇到25°的斜坡、0.5m大小的火山口以及15cm～20c高的障碍体，因此对于月球车的越障能力提出了很高的要求[1]。

本文自拟参数，提出了一种新型基于四杆悬架机构的月球车行走系统，进行了总体设计以及运动学仿真，确定了电机和减速器的选择，对实物的制造起到了指导作用。

1总体设计本文所设计的月球车参数如下：最大外形尺寸为900mm(长)×600mm(宽)×450mm(高)，总质量不超过50kg，移动速度不小于0.1m/s。

1.1驱动设计月球上地貌复杂，需要月球车有较高的灵活度，为了满足这一要求，本文所设计的月球车采用六轮驱动，前后轮设计牵引电机和转向电机实现驱动和转向，中间轮仅设计牵引电机实现驱动。

1.2悬架设计本文所选取四杆悬架系统的越障原理如图1所示。

该系统在接触到障碍物时，利用障碍物产生向后的推力驱动平面四杆机构运动，使相应的车轮抬起或落下，达到越过障碍物的目的，由于越障时主摇臂和副摇臂的瞬时转动中心下移至地面以下，因此具有比其他机构更强的越障能力。

预计月球车需越过最大尺寸为15cm左右高度的障碍物，以此为根据进行多次试算，最终设计尺寸如图2所示。

利用SolidWorks 的推断约束，计算出前中后轮的极限越障尺寸分别为前轮200.23mm、中间轮216.40mm以及后轮176.17mm，如图3所示。

基于ADAMS的月球车车轮的运动仿真设计姓名:项子灿学号:2008307203102班级:08级机制6班E-mail：993205894@2011-6-25 一、设计灵感来源与实际意义月球可以提供许多能源“接力”的物质，比如太阳能（因为月球本身的空气十分稀薄，因此太阳能可以直接利用），比如氦3这种可长期使用的、清洁而安全的可控核聚变燃料。

这种丰富的能源，对于能源逐渐枯竭的地球是十分重要的。

另外，“嫦娥一号”的升空对国家安全来说具有显著的意义，如果探月成功，甚至把月球作为一个研究太空的基地，那也就等于抢占了制高点。

月球车是一种能够在月球表面行驶并完成月球探测、考察、收集等一系列任务的专用车辆。

然而月球车也有许多设计制造难点，其中之一是路况问题：月表的路面崎岖不平，有石块、陨石坑、还有坡。

在这种情况下，设计的轮子便需要克服重重障碍，既不能打滑，也不能翻车，必须做到前进、后退、转弯、爬坡样样在行。

探月工程是一项巨大的工程，在月球车的设计过程中，我们不可能有实际的月球地表来让我们做实验。

利用Adams，可以对月球车模型和月球地表进行虚拟仿真，及时发现设计中存在的问题并修改，以得到更好地设计模型，满足设计要求。

二、机械运动原理图1底盘2中间轴3支架二4支架一5轮子6障碍物7沟槽8转弯路面9上坡运动过程：六个轮子独立驱动，电动机输出动力带动轮子运动，从而实现前进运动。

遇到石块等凸起物，月球车的前后两轮作为主要驱动，中间的四个轮子作为次要驱动并保证月球车的左右平衡问题。

前后轮遇到石坑，中间的四个轮子支撑起月球车，中间的轮子遇到石坑，前后轮子支撑起月球车，这样月球车能够在有大于车轮直径的石坑的情况下顺利前进。

遇到转弯，这时由前轮转弯带动整个车身转弯。

遇到大的上坡路面。

前轮先上坡，然后中间四个轮子的前面两个上坡，接下来中间四个轮子的后两个轮子上坡，后轮最后上坡。

整个上坡的过程中，大多数时间都有六个或者以上的轮子接触地面，只有刚上坡的时候是两个轮子接触地面驱动，不过其他的四个轮子也能够保证不翻车。

月球车月面支撑通过性研究及车轮优化设计苏波;江磊;房加志【摘要】车轮是月球车唯一与月面接触,并通过与月壤作用产生动力推动月球车在月面行走的部件,对月球车车轮的月面支撑通过性研究是保障月球车移动性能的关键环节.从提高附着力、控制沉陷量和减小滚动阻力三方面着手,分析了各因素的影响作用,据此提出了车轮优化方案,有限元仿真分析显示,该车轮方案具有较好的支撑通过性能.%Lunar rover wheel is in contact only with the lunar soil components, which interact with the lunar soil to produce power, to promote movement. Research on soil properties of the wheel and wheel support the adoption of performance can help improve the lunar rover mobile performance, it analyzes the adhesion ,sink capacity and rolling resistance of the lunar rover mobility performance. Accordingly put forward the wheel optimization solutions ,and the program carried out by experiment.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】3页(P21-23)【关键词】月球车;支撑通过性;车轮;优化设计【作者】苏波;江磊;房加志【作者单位】华中科技大学,武汉,430074;中国北方车辆研究所,北京,100072;中国北方车辆研究所,北京,100072;中国北方车辆研究所,北京,100072【正文语种】中文【中图分类】TH161 引言月球车在月面上行走需要由电机输入一定的力矩，对应的力称为牵引力FT，通常情况下，FT受地面条件的限制，并不能无限利用以作为行驶的动力，它在一定路面条件下的最大可利用的力称为附着力Fφ，FT≤Fφ。

第一章概述1.1 探月工程概述1958—1976年：美国与前苏联一共发射了83个无人月球探测器。

1969年：“阿波罗11号”实现了人类登月之梦，在月球探测中取得最辉煌成果。

这一年，先后有12名宇航员踏上月球，并向地面带回440公斤的月岩样品。

1972年：美国“阿波罗计划”结束。

此后，月球探测有所降温，因为探月活动耗资巨大。

美国：美国总统布什曾发表讲话，提议最早在2015年，最晚不超过2020年，美国宇航员将重返月球，在月球上建立科研基地。

欧空局：其第一个月球探测器“智慧1号”（SMART-1）2005年1月进入绕月轨飞行，开始探月，该探测器采用了多项新技术。

印度：将于2007年发射无人宇宙飞船，对月球进行首次科学探测，2015年之前实现宇航员登月。

日本：计划于2006年首次发送月球探测卫星，练习和掌握月球软着陆技术。

1.2 国外月球/行星车研究现状世界各国开发和研制星球探测车系统已经有多年的历史，特别是美国在这方面已有成熟的经验。

由于星球探测车在任务、功能、结构、控制方法和主要问题等方面有很多类似之处，因此对其它星球探测车系统的分析也将有助于月球车系统的研制。

1)“索杰纳”由美国喷气推进实验室在原有“洛基”系列车的基础上改进而成。

它于1997年7月发射到火星表面上，在“火星探路者”的可视范围之内，进行科学和技术实验。

其质量为11.5kg，外型尺寸为60cm×40cm×35cm。

2)“洛基”7由美国喷气推进实验室研制，用于在地面完成一段长距离(约50km)的自主控制旅行实验，其目的是验证2010年发射自主控制的火星漫游车的可行性。

其质量为15.7kg，外型尺寸为60cm×40cm×33cm。

除此之外还有：“现场集成设计与运行车”（FIDO），“流浪者”，“纳漫游车”，“微”5等一系列行星车。

在日本以日本宇宙科学研究所(ISAS)和NASDA为核心也开展了月球车的一系列研制工作。

月球车行走性能地面模拟实验方案设想任露泉１贾阳２李建桥１王荣本１柳忠尧２（１吉林大学，长春１３００２５）（２中国空间技术研究院，北京１０００９４）摘要论证了与月球车行走性能密切相关的地面机器系统研究厦建立月球地面模拟实验方案．通过研究对象、科研机构的综述，阐述了地面车辆系统研宄历史、现状厦其与月球车的关系。

根据地面车辆系统的研究方法，进行了包括月球环境模拟和月球地表特征模拟的月球地面模拟实验设计，提出进行月球车自主导航路径规划室内实验、月球丰环境适应性实验等月球车相关实验研究方法，并进行了实验条件建设方案初步设想，以期建设地面实验基地，为登月车行走性厦作业能力的试验研究提供实验备件和基础实验数据。

关键词月球车。

行走性能。

地面车辆系统，模拟实验。

日Ⅱ吾随着我国月球探测工程和深空探测的逐步实施，各种登月机械设备的研究已经相继展开，为在月球或者其他星球表面作业、行走的机械提供试验场地和评估方法手段势在必行。

本文就与此密切相关的地面机器系统研究及建立月球地面模拟实验室展开论证，以期为登月车行走性及作业能力的试验研究提供实验条件，为这些装备的改进设计提供基础实验数据。

１地面车辆系统研究及其与月球车的关系１．１地面车辆系统的研究对象地面车辆系统的研究对象为在非路面（ｏｆｆ－ｒｏａｄ）＆行走或作业的车辆，如在沼泽、滩涂上行走的装甲车（图１），在雪地上通过的越野车（图２），研究这些车辆在软路面的通过性、机动性、动力性等。

图１装甲车的沼泽越野性试验图２雪地车通过性试验与常规的路面车辆研究不同，软路面车辆研究必须将地面与车辆作为一个系统进行研究【１Ｊ。

因此，地面特性及其与车辆的相互作用关系是本学科的研究重点和特色，研究内容包括地面、机械、车辆、动力、能源、通讯、控制，涉及机械、材料、电子、化学多学科的专门理论与技术。

近年来，与登月车相关的研究包括松软地面作业机械的仿生减阻［“，软路面车辆动力性ｒ３３及地面车辆动态特性测试设备与方法‘４，”。

嫦娥3号说明文□“玉兔”号月球车构造/新华社资料整理/覃柳洁唐宏伟制图/黄欣晨报记者杨育才“嫦娥奔月”即将迎来最精彩动人的一刻。

按照“奔月”时间表，嫦娥三号将于12月14日在月球表面的虹湾着陆，并开始为期3个月的月面巡视勘察。

嫦娥三号将在月球上遇到哪些恶劣的环境？它将依靠什么能源在月面维持“生命”？“玉兔”月球车将如何在月面巡视工作？如何将收集到的图片、资料等信息传回38万公里之外的“娘家”地球？近日，晨报记者采访了中国航天科技集团第八研究院804、805、811所多位专家，他们代表着上海的航天实力，参与了嫦娥三号月球车的研制。

疑问1：要去的月面环境如何？“玉兔”要承受“月宫”300多摄氏度温差，1/6g重力环境传说中的“月宫”美妙绝伦，嫦娥会带着玉兔在月宫里翩翩起舞。

但在真实的月球上，没有空气，没有水，只有高达300多摄氏度的温差。

12月2日凌晨，嫦娥三号搭乘长征三号乙遥二十三运载火箭，从西昌卫星发射中心开始其登月之旅。

在经过发射阶段、地月转移段、环月段以及动力下降段之后，嫦娥三号将会在月球表面软着陆。

在接受晨报记者采访时，中国航天科技集团第八研究院第805所专家介绍说，温差是登月后的嫦娥三号首先要面对的考验。

月球车的车轮、摇臂等活动部件都是金属材质，具有热胀冷缩的特性，这就对材质和加工精度提出了很高要求。

如果膨胀过度，活动部件容易出现卡死等故障。

除温差外，月球1/6g的重力环境，也是一大考验。

设计师表示，月球表面的土壤非常松软，而且还凹凸不平，甚至还有陡峭的高坡。

在这种重力环境下，月球车巡视过程中不仅要保持平稳，还要具备较好的通过性，更不能侧翻。

在第八研究院的月表形貌综合模拟试验控制室里，科研人员在模拟月壤上进行的各项试验；1/6g重力环境则通过跟随吊挂来实现，使得月球车只有1/6的重量压在模拟月面上。

此外，月表细小的月壤还会形成悬浮颗粒，并且因为月壤带有静电，容易吸附在月球车的车轮上，这对月球车活动部件的密封提出了非常高的要求。

载人月球车的设计方案
载人月球车是一项旨在实现人类登月目标的重要工程，其设计方案应充分考虑行驶、搭载、通信、安全等方面。

以下是一种可行的设计方案：
首先，载人月球车的行驶装置应具备足够的机动性和适应性。

车体应采用轻质材料制造，以达到降低整个车辆重量的目的。

悬挂系统使用独立悬挂，可以适应月球表面的不平坦地形。

车轮应具备合理的直径和足够的胎压，以确保在月球无大气环境和重力条件下的良好行驶性能。

其次，载人月球车应具备适当的载人、搭载物资的能力。

车辆内部空间应为乘员提供适宜的活动空间，并配备舒适的座椅和保护设备，以确保载人乘坐时的安全性和舒适性。

同时，车辆应具备充分的存储空间，以携带所需的科研设备、行走工具、燃料、食品和水等物资，以满足人类在月球上的日常需求。

第三，通信系统是保证载人月球车与地球通信的关键。

车辆上应配备有效的通信设备，包括高频和低频传导天线，以及卫星通信和无线电通信设备。

这些设备可以保证载人月球车与地球的稳定通讯，及时传回有关月球环境和科研数据。

最后，安全保障是载人月球车设计中最重要的环节之一。

车辆应配备氧气供应系统和滤污设备，以保障乘员在月球无大气环境和重力条件下的供氧和呼吸需求。

此外，车辆应配备火灾报警系统、防火设备和紧急逃生装置，以应对各种紧急情况。

总之，载人月球车的设计方案应充分考虑车辆的行驶、搭载、通信和安全等方面。

通过合理的车身设计、适应性的行驶装置、完善的通信系统和安全保障措施，可以确保载人月球车在月球上的安全行驶和有效实施科学任务。

坎巴拉太空计划月球车
坎巴拉太空计划是一个旨在探索外太空的宏大计划，其中一个重要的组成部分就是月球车。

月球车作为太空探索的重要工具，其设计和制造需要充分考虑到太空环境的特殊性和任务的复杂性。

首先，月球车的设计需要考虑到月球表面的特殊情况。

月球表面充满了坑洞、陡坡和尘埃，因此月球车的底盘和轮胎需要具备良好的通过能力和抓地力，以应对复杂的地形。

同时，月球车的结构需要轻巧坚固，以便在行驶过程中不受到外部环境的影响。

其次，月球车的动力系统也是至关重要的。

在月球表面，太阳能是主要的能源来源，因此月球车需要配备高效的太阳能电池板，以保证能源的供应。

同时，月球车的驱动系统需要稳定可靠，能够在复杂的地形条件下保持良好的行驶性能。

除此之外，月球车的载荷和科研设备也是设计的重点。

月球车需要携带各种科研设备，如摄像头、取样器等，以便科学家们进行实地探测和研究。

这些设备需要具备高精度和稳定性，以保证数据的准确性和科研任务的顺利进行。

综上所述，坎巴拉太空计划的月球车是一项极具挑战性的工程，其设计和制造需要充分考虑到月球表面的特殊环境和科研任务的复
杂性。

只有在各个方面都做到精益求精，月球车才能在外太空中顺
利执行任务，为人类探索宇宙的梦想贡献力量。