新型四轮腿式月球车轮腿结构设计及分析(2)

控制系统

　第5期

尚伟燕,等:新型四轮腿式月球车轮腿结构设计及分析823

到图2所示的实际创新机构.图中的前2种和后2种方案实际机构其腿部与车身均形成封闭四边形结构.由于四边形结构的不稳定性,月球车车身将处于不稳定状态,因此以上结构方案予以排除.图2第3种方案中2滑动作动筒协同运动不仅能完成要求的抬升和推进运动,而且腿部与车身形成封闭稳定的三角形结构,并且可实现轮腿的抬升和推进运动,是一较理想的方案

.

之间的弹性联结可以较多地缓冲来自月面的振

动,使车体上下振动幅度小于月面形状的起伏度.

2　自主越障时月球车姿态设定

2.1　水平路面上月球车姿态设定

新型四轮腿式月球车各轮腿关于车身几何对称,为方便对各轮腿的控制,月球车在水平路面行进时前后轮腿展开角取相同值.图

5为月球车在水平路面上的受力分析.其中:r1,Tr2分别为作用在前、Td1,Td2分别为;Ft,t2为作用于前、;Fn1,Fn2为作用于;R为车轮半径;a为月球车腿长;Α为前后轮腿展开角;G为整车所受重力.

a)方案1　

b)方案2　c)方案3　d)方案4)图2对于含,1,如图3a)所示.,通过综合,添加约束条件可以找出1种非同构形式,

其可行性运动链及反推出的实际机构分别如图3b),c)所示.

a)再生运动链　　b)可行性运动链　　c)实际机构图

图5　水平路面受力分析

图3　三移动副五杆机构再生运动链图、可行性

运动链图及反推出的实际机构简图

　　使4个轮子所受月面的支持力尽量保持一致,求得前后轮上的驱动力应满足以下关系.

Tt1+Tt2=Tf

1

该机构能完成要求的抬升和推进运动,当2滑动作动筒静止时,滑块与导杆之间依靠静摩擦力作用而不产生相对运动,腿部与车身形成封闭三角形结构;但是越障行进过程中,由于静摩擦力及越障过程中滑动摩擦力的存在,滑杆极易磨损,因此该方案予以排除.

综合以上分析过程,以图2第3种方案为特种车腿部结构,设计四轮腿式月球车如图4所示.特种车在高低不平的月球表面行驶时,车架与车身

+Tf2+

4

(L1-L2)(1)

　　在满足式(1)条件下,水平路面行驶的月球车前后轮腿展开角Α无论取何值,作用于4个车轮的月面支持力均会相等,但是从提高行进稳定性的角度考虑,设计月球车在水平路面行驶时车身距月面高度为h=50cm,此时前后轮腿展开角为Α=arccos

a

2.2　上坡时月球车姿态设定

假设月球车在倾角为Η的斜面上行驶,Υ为月球车与月面的附着系数,为防止驱动轮发生滑转,并保证月球车能够沿斜坡前进,必须满足斜坡倾角范围Η≤arctanΥ.

由于整个月球表面覆盖着一层松散层,是由岩石碎块、角砾状岩块、砂和尘土组成的,称为月壤.在月海中月壤厚度为2～10m,在月陆上月壤

图4　四轮腿月球车模型图

厚度达20m[6].因此月球车与月面的附着系数Υ