摘要：被动悬架星球车机构形式简单、可靠性好,是地外星表探测的重要装备,但同时也因被动关节的引入而导致车轮间产生推动和拖曳,引起车轮磨损并削弱了星球车的驱动能力。提出一种基于接触角估计的轮速协调控制方法,首先建立星球车的运动学模型与轮心速度映射模型,并利用轮心速度在线实时估计轮地接触角;进而,进行星球车直线与转向运动规划,结合轮地接触角和悬架位姿信息建立车轮速度约束方程,实现多轮轮速的确定求解。最后在MATLAB与COPPELIASIM中搭建了联合仿真模型进行仿真验证,搭建样机与实验场地进行实验验证,结果表明该方法可准确估计轮地接触角,估计最大误差约为9.2%;并降低行驶中车轮的滑转率,车轮通过障碍物时整车滑转率最大降低6%,提升了星球车行驶能力。

摘要：针对火星及其他星球探测复杂通过性任务使导航控制系统设计面临的困境,提出星球车导航与动力学联合仿真平台的总体设计思路。基于修正的Bekker理论模型,以***软件为基础,通过子程序二次开发,建立含松软土壤环境下轮壤接触星球车动力学模型;采用C++建立交互式并行仿真系统,协同调用动力学模型与导航控制模型并行解算形成联合仿真的闭环系统,实现导航控制系统与动力学模型的无缝链接和并行高效解算。选取合适土壤特性参数,给定导航指令,对星球车特殊工况,如车体抬升、抬轮、蠕动进行仿真,结果表明,平台能够真实实现星球车导航与动力学的联合仿真,为星球车导航控制系统的设计奠定基础。

摘要：设计了大跟踪范围的星球车重力补偿系统.星球车重力补偿系统主要包含拉力系统和位置系统:拉力系统产生恒定吊索补偿力;位置系统搭载拉力系统并跟踪星球车水平面投影,保持吊索垂直.为提高拉力系统快速性并避免激发位置系统纵振,提出粗精控制结合、开环闭环结合的拉力系统方案:使用同轴、相对布置的大、小电机驱动卷筒收放吊索;使用被动的恒力机构张紧吊索.工作时,大电机输入主要拉力,抑制低频拉力干扰;小电机精确调整拉力,抑制中频干扰;在电机响应滞后时,恒力机构使用其开环特性响应高频干扰.为在大范围内准确跟踪星球车,提出双层位置伺服的位置系统方案:使用天车系统搭载2维跟踪平台;天车系统运动范围大、精度低、快速性差,使用其进行大范围初步跟踪,达到粗调的目的;跟踪平台运动范围小、精度高、快速性好,使用其进行小范围精确跟踪,达到精调的功能.补偿系统覆盖面积30m×30m.实践证明,按照以上方法构造的重力补偿系统的位置跟踪误差小于0.01m;普通情况下,拉力补偿误差小于±0.5%;阶跃干扰出现时,拉力补偿误差小于1.5%.

摘要：针对现有星球车移动系统因摩擦系数需求较大而制约其越障能力的问题,提出一种摩擦系数需求较小、越障能力强大的新型主-被动悬架式六轮移动系统构型。该移动系统采用双差动连杆悬架机构连接前后两节的三对车轮,具有被动、半主动和主动三种行驶运动模式。建立星球车的运动学和准静力学模型,对三种模式的垂直越障性能进行了分析,获得了实现越障车轮所需的摩擦系数,并以此作为评价指标,对所设计的星球车移动系统和其它典型星球车移动系统的越障性能进行了对比讨论。建立了所设计的星球车移动系统的虚拟样机模型,校验了其半主动和主动模式的垂直越障性能。计算与仿真结果表明,所设计的新型主-被动悬架式星球车半主动模式的垂直越障能力与摇臂-转向架式悬架星球车相当,主动模式的垂直越障能力相较于摇臂-转向架式悬架星球车有显著提升。

摘要：提升星球车的环境感知能力是提高系统智能性、自主性的前提,非几何障碍感知是其中关键的一环。通过回顾星球车非几何障碍感知发展历程,梳理出非几何障碍感知内容分为当前障碍估测和前方障碍预测两大类;对障碍估测和障碍预测涉及到的沉陷量估测、滑移率估测、星壤参数在线识别、地形分类等国内外研究现状进行了介绍和评述分析,总结得出:未来非几何障碍识别研究应多关注轮地力学模型优化、多源信息融合感知和人工智能技术应用;对基于星壤参数识别的滑移预测方法进行了阐述。

摘要：针对星球车锥齿轮式差速机构在高低温差大的星球表面工作时低温易卡滞难题,对锥齿轮式差速机构低温传动适应性进行设计,建立基于温度的传动回差估算数学模型,并对锥齿轮式差速机构传动回差与传动轴设计参数之间的数学关系进行研究。研制祝融号火星车差速机构工程样机,通过试验测试与理论分析对比的方法对传动回差估算数学模型的正确性进行验证。同时,对利用回差估算数学模型确定的差速机构回差低温传动适应性进行试验测试,结果表明:该差速机构低温传动平稳无卡滞,启动力矩与常温时接近,低温传动适应性良好。

摘要：主动悬架星球车比被动悬架星球车有更好的环境适应性和运动能力。但由于主动悬架包含主动悬架机构和关节,因此对其进行有效控制将更复杂。基于星球车运动速度较低的特点,应用系统稳定性准则研究了主动悬架的构型与姿态控制,设计了相应的控制方法。在ADAMS和MATLAB下的联合仿真表明了该方法的可行性,而且验证了主动悬架星球车在运动稳定性方面的优势。

摘要：星球车转向沉陷量是其转向力学研究的基础,可以对星球车转向机构设计、车轮转向控制及仿真提供支持。利用星球车单轮测试台进行车轮原地转向沉陷量测试试验,分析了垂直载荷和轮刺高度等因素对沉陷量的影响。结合试验数据对传统转向沉陷量模型进行分析,发现通过改变沉陷指数可以极大的提高沉陷量的计算精度。进而对沉陷指数进行辨识和分析,并推导出两种沉陷指数的理论计算模型。基于沉陷指数模型推导了修正的沉陷量计算模型,其对于沉陷量的预测结果与试验数据相比最大相对误差约为5%,确定系数大于0.97,证明该模型可以反映车轮转向过程中由于土壤压实和流动等因素引起的动态沉陷。

摘要：在深空探测任务中,巡视探测是一种重要的探测形式。作为一种能够在固态星球表面移动,完成探测、采样、运载等任务的航天器,星球车具有扩大星球表面精细探测范围、克服着陆精度影响、降低航天员工作负荷等多种作用。对月球车、火星车等星球车的技术发展进行回顾,重点介绍了中国星球车移动技术、导航与控制技术、自主与智能技术、热控制技术、地面试验验证技术、遥操作技术等发展的情况,并对星球车技术发展趋势进行了分析。

摘要：针对天体表面探测遥操作模拟验证需求和特点,设计实现了综合天体表面地形模拟、模拟星球车、地形扫描测量与遥操作处理评估等功能的天体表面探测遥操作模拟验证系统。以人工砂搭建可变形表面模拟环境,研制了具有感知、移动及规划结果响应功能的模拟星球车,提出了基于激光扫描的地形测量与星球车位姿测量方法,建立了基于模拟场景和星球车的天体表面探测遥操作模拟验证系统,对火星表面探测的感知、规划等关键作业过程进行了模拟验证,为天体表面探测遥操作实际实施提供了有力支撑。