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星球车松软星壤的轮腿式探测系统:Ⅱ-感知车轮
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作者 冯李航 蒋旭 +3 位作者 缪天缘 汪穗 贾子扬 宋爱国 《测控技术》 2023年第4期28-34,41,共8页
为增强星球车松软星壤的穿越通过能力,提出了轮壤交互接触信息的感知车轮设计。该车轮是一种星球车的前置轮腿式探测系统(WOLS)的关键部分,可实现动态轮壤交互的关键量测量(轮壤作用力/力矩、轮壤接触角和车轮沉陷量)。研究分析了轮壤... 为增强星球车松软星壤的穿越通过能力,提出了轮壤交互接触信息的感知车轮设计。该车轮是一种星球车的前置轮腿式探测系统(WOLS)的关键部分,可实现动态轮壤交互的关键量测量(轮壤作用力/力矩、轮壤接触角和车轮沉陷量)。研究分析了轮壤力学的关键测量参量及其分组,完成了感知车轮的硬件设计和集成,提出了待测参数的在线测量模型和方法,通过标定校准和实车测试验证了该感知车轮的性能。 展开更多
关键词 地面通过性 轮壤交互作用 感知车轮 力触觉地面感知 轮腿式探测系统
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星球车松软星壤的轮腿式探测系统:Ⅰ-概念设计
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作者 冯李航 蒋旭 +3 位作者 缪天缘 汪穗 贾子扬 宋爱国 《测控技术》 2023年第4期22-27,共6页
为提高星球车在松软星表的穿越通过能力和危险探测能力,提出了一种前置轮腿式探测系统(WOLS)概念设计,以期能够用于轮壤相互作用的接触探测。提出了面向松软星表穿越的星球车WOLS概念设计和功能需求,建立了WOLS机构的运动学和力传递分... 为提高星球车在松软星表的穿越通过能力和危险探测能力,提出了一种前置轮腿式探测系统(WOLS)概念设计,以期能够用于轮壤相互作用的接触探测。提出了面向松软星表穿越的星球车WOLS概念设计和功能需求,建立了WOLS机构的运动学和力传递分析模型,并用于指导机构尺寸参数的优化设计。最后,实车测试验证了不同工况WOLS的设计目标和功能实现。 展开更多
关键词 地面通过性 轮腿式机构 轮壤相互作用 星球车 沉陷探测
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Virtual Simulation System with Path-following Control for Lunar Rovers Moving on Rough Terrain 被引量:5
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作者 GAO Haibo DENG Zongquan +1 位作者 DING Liang WANG Mengyu 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第1期38-46,共9页
Virtual simulation technology is of great importance for the teleoperation of lunar rovers during the exploration phase, as well as the design of locomotion systems, performance evaluation, and control strategy verifi... Virtual simulation technology is of great importance for the teleoperation of lunar rovers during the exploration phase, as well as the design of locomotion systems, performance evaluation, and control strategy verification during the R&D phase. The currently used simulation methods for lunar rovers have several disadvantages such as poor fidelity for wheel-soil interaction mechanics, difficulty in simulating rough terrains, and high complexity making it difficult to realize mobility control in simulation systems. This paper presents an approach for the construction of a virtual simulation system that integrates the features of 3D modeling, wheel-soil interaction mechanics, dynamics analysis, mobility control, and visualization for lunar rovers. Wheel-soil interaction experiments are carried out to test the forces and moments acted on a lunar rover’s wheel by the soil with a vertical load of 80 N and slip ratios of 0, 0.03, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, and 0.6. The experimental results are referenced in order to set the parameters’ values for the PAC2002 tire model of the ADAMS/Tire module. In addition, the rough lunar terrain is simulated with 3DS Max software after analyzing its characteristics, and a data-transfer program is developed with Matlab to simulate the 3D reappearance of a lunar environment in ADAMS. The 3D model of a lunar rover is developed by using Pro/E software and is then imported into ADAMS. Finally, a virtual simulation system for lunar rovers is developed. A path-following control strategy based on slip compensation for a six-wheeled lunar rover prototype is researched. The controller is implemented by using Matlab/Simulink to carry out joint simulations with ADAMS. The designed virtual lunar rover could follow the planned path on a rough terrain. This paper can also provide a reference scheme for virtual simulation and performance analysis of rovers moving on rough lunar terrains. 展开更多
关键词 lunar rover comprehensive simulation system rough terrain wheel-soil interaction mechanics path-following control
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基于有限元与逆向工程的轮-沙耦合沉降试验研究 被引量:1
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作者 郭腾鹏 侯亮 +2 位作者 陈鼎 杨超平 吴雄峰 《科学技术与工程》 北大核心 2018年第2期345-351,共7页
小型轮式车辆与松软沙地的相互作用会显著地影响车辆的稳定性与安全性,研究二者之间的承压关系对无人地面车辆的设计与应用具有重要意义。利用ABAQUS建立了小型轮式车辆与松软沙地的承压模型,通过自行开发的车轮-土壤相互作用测试系统... 小型轮式车辆与松软沙地的相互作用会显著地影响车辆的稳定性与安全性,研究二者之间的承压关系对无人地面车辆的设计与应用具有重要意义。利用ABAQUS建立了小型轮式车辆与松软沙地的承压模型,通过自行开发的车轮-土壤相互作用测试系统进行试验,在综合考虑了轮胎和沙地的非线性变形后,建立了5种胎压下轮胎的整合径向静刚度,利用二元线性回归分析法拟合试验数据,确定胎压-负荷-下沉量三者之间的相互关系。针对轮胎在松软地面接地印迹难于提取问题,提出了利用逆向工程技术来完成接地印迹曲面重构设计,进一步验证了耦合模型的准确性,为无人地面车辆性能的改进及新型行走机构的设计制造提供了参考依据。 展开更多
关键词 有限元 无人地面车辆 轮地相互作用 逆向工程
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基于应力分布的月球车轮地相互作用地面力学模型 被引量:40
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作者 丁亮 高海波 +2 位作者 邓宗全 刘吉成 陶建国 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期49-55,共7页
轮地相互作用地面力学在月球车的设计、性能评价、控制和仿真等方面具有重要作用,是目前基于动力学进行月球车相关研究的瓶颈。基于此,利用针对月球车开发的车轮—土壤相互作用测试系统进行试验,结合试验数据对传统车辆轮地相互作用正... 轮地相互作用地面力学在月球车的设计、性能评价、控制和仿真等方面具有重要作用,是目前基于动力学进行月球车相关研究的瓶颈。基于此,利用针对月球车开发的车轮—土壤相互作用测试系统进行试验,结合试验数据对传统车辆轮地相互作用正应力和切应力分布模型进行修正,并分析月球车轮刺高度对应力分布的影响,从而提出随滑转率变化改变沉陷指数的经验公式,以反映土壤侧向流动等引起的滑转沉陷。对应力分布公式积分得到集中力/力矩计算模型,并结合试验数据进行验证。在载荷为80N,滑转率从0.05增加到0.6时,模型对于车轮垂直载荷、挂钩牵引力和驱动力矩的计算值与试验数据相比,相对误差不超过10%。模型能够反映滑转沉陷和轮刺效应,可以有效地用于月球车轮地相互作用力学的计算。 展开更多
关键词 地面力学 月球车 轮地相互作用 滑转率轮刺
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基于地面力学的月球车爬坡轮—地相互作用模型 被引量:11
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作者 焦震 高海波 +1 位作者 邓宗全 丁亮 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2010年第1期70-76,共7页
月球车爬坡地面力学模型在月球车的设计、越障性能评价、控制和仿真等方面具有极其重要作用.利用月球车轮地相互作用测试系统进行车轮爬坡性能实验,结合实验数据在传统车轮—土壤相互作用应力分布模型之上推导出爬坡轮—地相互作用模型... 月球车爬坡地面力学模型在月球车的设计、越障性能评价、控制和仿真等方面具有极其重要作用.利用月球车轮地相互作用测试系统进行车轮爬坡性能实验,结合实验数据在传统车轮—土壤相互作用应力分布模型之上推导出爬坡轮—地相互作用模型,同时考虑爬坡角度对浅层月壤应力分布的影响,提出了随滑转率变化的沉陷因数经验公式,来反映月壤压实、刮带、侧向流动等引起的滑转沉陷.通过对应力分布公式进行积分转化得到集中力/力矩计算模型,利用ADAMS二次开发的柔性爬坡仿真环境并结合实验数据进行模型验证.在斜坡角度为16?,载荷为100 N,当滑转率从0增加到0.6时,将模型的车轮斜坡法向载荷、挂钩牵引力和驱动力矩的计算值与实验数据相对比,结果相对误差不超过10%,因而该爬坡模型可以有效地用于月球车轮地相互作用的力学计算. 展开更多
关键词 月球车 地面力学 爬坡轮地相互作用 滑转率
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载人月球车车轮设计及基于弹性车轮轮壤相互作用的力学模型研究 被引量:4
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作者 肖万伸 张岩 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期119-125,共7页
针对目前月球车车轮难以适应载人运输的需求,设计一种具有轮毂轮辋滑槽机构的金属丝编织筛网式的载人月球车车轮,用来保证车轮的更换便易性及减振抗冲击性。对筛网轮在月壤上行驶的过程建模,验证模型的准确性后,与同等尺寸的传统刚性轮... 针对目前月球车车轮难以适应载人运输的需求,设计一种具有轮毂轮辋滑槽机构的金属丝编织筛网式的载人月球车车轮,用来保证车轮的更换便易性及减振抗冲击性。对筛网轮在月壤上行驶的过程建模,验证模型的准确性后,与同等尺寸的传统刚性轮进行对比,表明所设计的车轮结构轻便,比有轮棘刚性轮具备更好的减振抗冲击性;同时其依靠自身的弹性变形增大与地面的接触面积从而比无轮棘刚性轮具有更大的牵引力。对一般弹性车轮的轮壤相互作用应力分布模型进行改进,引入斜率因子以反映车轮的变形,在1 000 N与1 500 N的载荷下及滑转率为0.2时,把改进模型计算得到的挂钩牵引力与仿真输出值进行对比,相对误差不超过15%。引入牵引系数对所设计车轮在不同载荷下的行驶通过性评估,根据可决系数拟合出牵引系数-载荷曲线,建立拟合方程,近而对提高车轮的行驶通过性进行最佳载荷评估。 展开更多
关键词 载人月球车 弹性筛网轮 轮壤相互作用 行驶通过性
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月球车驱动轮爬坡性能的影响因素研究 被引量:2
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作者 王立 刘景林 吴喜桥 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2012年第8期55-58,共4页
研究了驱动轮的滑转率、结构参数和载荷对月球车爬坡性能的影响。针对月表复杂路况下车辆通过性较差问题,为提高月球车爬坡性能,基于车辆地面力学中土壤的承压和剪切特性理论,建立了刚性驱动轮与月面斜坡松软月壤间的相互作用模型。通... 研究了驱动轮的滑转率、结构参数和载荷对月球车爬坡性能的影响。针对月表复杂路况下车辆通过性较差问题,为提高月球车爬坡性能,基于车辆地面力学中土壤的承压和剪切特性理论,建立了刚性驱动轮与月面斜坡松软月壤间的相互作用模型。通过车轮实例对月球车爬坡性能进行预测和分析。实验结果表明,增大驱动轮的滑转率、半径、宽度、轮刺高度和减小载荷能够增强月球车爬坡能力和提高车轮驱动效率,但随着爬坡能力的增强,车轮驱动效率呈现先增大后减小的趋势。研究结果为月球车轮结构设计以及控制策略的研究提供了参考。 展开更多
关键词 月球车 -地作用 爬坡性能 车轮驱动效率
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月球车轮壤作用模型研究 被引量:3
9
作者 江磊 刘兴杰 蒋云峰 《车辆与动力技术》 2013年第1期1-6,共6页
从Bekker和Wong的轮壤作用基础模型着手,通过与试验数据的对比,确认Wong的模型更适用于月球车刚性车轮;同时,通过对抓地爪排土效应进行理论分析,提出了理想状态下抓地爪排土的机理,并建立其数学模型.通过仿真计算表明:该模型能够修正Won... 从Bekker和Wong的轮壤作用基础模型着手,通过与试验数据的对比,确认Wong的模型更适用于月球车刚性车轮;同时,通过对抓地爪排土效应进行理论分析,提出了理想状态下抓地爪排土的机理,并建立其数学模型.通过仿真计算表明:该模型能够修正Wong模型在动沉陷预测不准的问题;通过观测沉陷率试验曲线和沉陷仿真曲线的趋势,提出了沉陷率变参数假想模型可有效减小大滑转率情况下的分析偏差.通过上述修正建立的轮壤作用集中参数法模型,可进行月球车带抓地爪的刚性车轮与月壤相互作用的动力学分析. 展开更多
关键词 月球车 轮壤作用 沉陷率 滑动沉陷模型 轮下应力分布
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极端环境下月球车起动能力研究
10
作者 王立 刘景林 吴喜桥 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第A01期196-202,共7页
为评估月球车的起动能力,建立了刚性车轮与松软月壤间的轮-地作用模型和车轮驱动电机的有限元模型.应用车辆地面力学理论分析了月球车载荷、车轮半径、车轮宽度、轮刺高度及月壤剪切特性参数的变化对起动初始时刻车轮所受阻碍转矩的影响... 为评估月球车的起动能力,建立了刚性车轮与松软月壤间的轮-地作用模型和车轮驱动电机的有限元模型.应用车辆地面力学理论分析了月球车载荷、车轮半径、车轮宽度、轮刺高度及月壤剪切特性参数的变化对起动初始时刻车轮所受阻碍转矩的影响.分析结果表明,减轻载荷和减小车轮尺寸能够降低起动难度,而月面不同位置下月壤参数的差异可能导致起动难度悬殊.计及月面昼夜巨大温差对磁钢磁性能和绕组电阻的影响,仿真了恒定母线电流下电机的电磁转矩,并结合气隙磁场分布分析了转矩脉动的原因,设计制作了一台样机,样机实验结果与仿真结果基本吻合.仿真结果表明,电机的起动性能对温度变化极其敏感.低温环境下,电机不仅可以获得较大的驱动电流,而且相同电流下输出转矩能力更强.因此,合理设计车轮、慎重选择停车位置和起动时间有助于月球车的起动. 展开更多
关键词 月球车 起动 -地作用模型 车轮驱动电机
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基于PID控制的月面巡视探测器坡度行驶仿真分析
11
作者 叶盛 黄卫东 林永南 《南昌大学学报(工科版)》 CAS 2014年第1期35-40,共6页
通过月面巡视探测器爬坡轮与地面的相互作用分析,建立月面巡视探测器坡度行驶地面力学模型。根据双闭环直流调速系统工作原理,采用位置式PID控制算法编写了电机驱动仿真模块,并将电机驱动仿真模块融合到月面巡视探测器多体动力学仿真体... 通过月面巡视探测器爬坡轮与地面的相互作用分析,建立月面巡视探测器坡度行驶地面力学模型。根据双闭环直流调速系统工作原理,采用位置式PID控制算法编写了电机驱动仿真模块,并将电机驱动仿真模块融合到月面巡视探测器多体动力学仿真体系中,构建了完整的月面巡视探测器动力学仿真系统。对月面巡视探测器坡度行驶工况进行仿真分析,初步实现了对月面巡视探测器动力学模型的验证,为月面巡视探测器驱动控制算法、运动规划和路径规划仿真提供技术支持。 展开更多
关键词 月面巡视探测器 爬坡轮地相互作用 PID控制 地面力学 驱动仿真
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月球车凹面轮特性分析
12
作者 文桂林 宋仲良 卿启湘 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2016年第5期809-814,共6页
载人月球车作为深空探测必不可少的工具,受到广泛而深入地研究。其中,月球车车轮结构及轮壤相互作用的力学特性对月球车的性能有着重要的影响。结合国内外探测器车轮的特点,提出凹面轮的概念,并建立了凹面轮的轮地相互作用模型。以沉陷... 载人月球车作为深空探测必不可少的工具,受到广泛而深入地研究。其中,月球车车轮结构及轮壤相互作用的力学特性对月球车的性能有着重要的影响。结合国内外探测器车轮的特点,提出凹面轮的概念,并建立了凹面轮的轮地相互作用模型。以沉陷、牵引力和驱动力矩作为评价指标,应用ABAQUS软件对凹面轮进行仿真分析,得出凹面轮宽度和凹进深度等结构参数对各评价指标的影响。将凹进深度与凸起高度相同的凹面轮和普通凸面轮进行对比,得出凹面轮在侧倾稳定性和防扬尘特性以及三个评价指标上的优势。 展开更多
关键词 月球车 凹面轮 轮壤作用 沉陷 牵引力 驱动力矩 防扬尘
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一种基于SimMechanics的车轮地面模型
13
作者 沈斌 占彦 《机械工程师》 2009年第8期61-63,共3页
在移动机器人设计过程中,仿真模拟是提高产品设计效率的有效途径。文中提出一种在Matlab/Simulink环境下基于SimMechanics工具箱的车轮地面模型,并将本模型应用于模拟车轮在地面行驶的两种工况,使得利用SimMechanics工具箱模拟机器人在... 在移动机器人设计过程中,仿真模拟是提高产品设计效率的有效途径。文中提出一种在Matlab/Simulink环境下基于SimMechanics工具箱的车轮地面模型,并将本模型应用于模拟车轮在地面行驶的两种工况,使得利用SimMechanics工具箱模拟机器人在复杂地形上的移动成为可能。该模型不仅可用来模拟车轮在地面上的行驶状况,还可以为进一步的研究提供参考方向。 展开更多
关键词 移动机器人 车轮地面模型 SimMechanics工具箱
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基于Creator/Vega的月球车轮地交互仿真 被引量:1
14
作者 孟彦鹏 王永 +1 位作者 谢圆 周建亮 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2010年第3期369-374,共6页
通过Multigen Creator建立月球车3维模型,利用Vega作为可视化仿真平台,实现了月球车轮地交互以及逆运动学求解,并对碰撞检测、相交矢量设置、关节控制等关键技术进行了探讨.月球车上下坡实验结果及分析,证明了该方法在轮地交互可视化仿... 通过Multigen Creator建立月球车3维模型,利用Vega作为可视化仿真平台,实现了月球车轮地交互以及逆运动学求解,并对碰撞检测、相交矢量设置、关节控制等关键技术进行了探讨.月球车上下坡实验结果及分析,证明了该方法在轮地交互可视化仿真中的有效性. 展开更多
关键词 月球车 轮地交互 碰撞检测 相交矢量 逆运动学
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月球机器人仿真中一种消除轮地交互误差的方法 被引量:1
15
作者 刘霁 王越超 +1 位作者 周船 和永智 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第14期3733-3737,3741,共6页
利用虚拟现实技术虚拟出月球机器人在月面上的作业环境和作业过程,是提高机器人作业的安全系数和工作效率的一条有效途径。在3D重建得到的虚拟月面环境中,如果采用通常的单纯基于运动学(或者动力学)模型的仿真方法,对机器人的作业和运... 利用虚拟现实技术虚拟出月球机器人在月面上的作业环境和作业过程,是提高机器人作业的安全系数和工作效率的一条有效途径。在3D重建得到的虚拟月面环境中,如果采用通常的单纯基于运动学(或者动力学)模型的仿真方法,对机器人的作业和运动进行虚拟,那么机器人与地形交互的过程中容易产生接触偏差。而且,随着仿真时间的推进,这种接触偏差会逐渐积累并不断增大,进而严重影响仿真测试的精度和效果。为了消除月球机器人仿真中的轮地交互误差,在分析误差来源的基础上,提出了基于运动学优化的解决方法。最后利用实际的虚拟现实仿真系统,验证了所提出方法的有效性。 展开更多
关键词 月球机器人 轮地交互 运动学模型 运动学优化 虚拟现实
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轮地力学模型参数灵敏度分析与主参数估计 被引量:5
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作者 周如意 丰文浩 +3 位作者 邓宗全 高海波 丁亮 李楠 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期246-258,共13页
在星球探测过程中,星球车需要估计地面力学参数以及时调整控制策略.快速适应地形变化。针对形式复杂,参数耦合的轮地相互作用模型,采用Sobol灵敏度分析方法,分别对模型中的地面承压特性参数和剪切特性参数的灵敏度进行定量分析,筛选出... 在星球探测过程中,星球车需要估计地面力学参数以及时调整控制策略.快速适应地形变化。针对形式复杂,参数耦合的轮地相互作用模型,采用Sobol灵敏度分析方法,分别对模型中的地面承压特性参数和剪切特性参数的灵敏度进行定量分析,筛选出沉陷指数与内摩擦角作为模型的主导参数,用于反映地面承压特性和剪切特性的变化。基于轮地相互作用力学平衡方程,通过简化应力分布公式,进一步推导出主导参数的解析表达式。通过以典型值固定非主导参数.利用系统状态参数和滤波处理完成地面力学特性主导参数的估计。结果表明,所提出的地面力学主导参数解析式及相应的估计方法能够快速反映地形的变化,沉陷指数估计的平均相对误差为2.8%.内摩擦角估计的平均相对误差小于3%。估计结果可准确预测车轮牵引力,为实现实时控制提供必要信息。 展开更多
关键词 灵敏度分析:参数估计 轮地相互作用 主导参数 解析模型
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