基于崎岖地形的月球车移动性能仿真研究

论文摘要

月球探测具有重大的经济和军事意义,世界上很多国家对此展开了深入的研究。月球车是探月工程的重要组成部分,由于对月球车工作的可靠性要求较高,必须对月球车性能进行反复的实验与改进。应用虚拟现实技术分析月球车在虚拟月球环境中工作的运动学和动力学行为,可以缩短研制周期,提高可行性,因此,仿真技术已成为月球车研究的一个重要组成部分。目前,国内外对于月球车的仿真研究大多采用平面和斜面,与月球车实际的工作环境不相符合。本文在虚拟现实环境下建立包含月面地形基本特征的月面模型,实现月球车模型与月面模型的集成,对月球车的移动性能以及移动控制进行研究。研究真实月面环境,分析了月球车在月面行驶的主要障碍地形,运用3DS Max月面建模工具,构建了崎岖月面仿真环境;研究3DS Max与ADAMS的接口技术,解决了3DS Max环境下的月面模型在ADAMS环境中的三维再现问题,构造出符合要求的崎岖地形。建立ADAMS环境下的轮胎模型,以实验室的六轮摇臂—转向架式月球车样机为原型,通过ADAMS/Tire模块将构造好的月面模型与月球车模型相结合,构建了动力学仿真环境,并结合车轮力学特性测试系统,验证了轮胎模型的有效性,在崎岖月面仿真环境下研究了月球车的移动性能,得到了月球车动力学参数曲线,为设计具有强鲁棒性的月球车控制系统提供了理论依据。以月球车动力学研究为基础,引入了基于滑移补偿的路径跟踪控制策略,通过MATLAB与ADAMS的接口实现了月球车的移动控制,使月球车在崎岖地形中能够按照预定轨迹进行运动,为进一步进行月球车移动性能的研究奠定基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 月球探测的意义
• 1.1.2 本课题研究目的
• 1.2 国内外研究综述
• 1.2.1 月球车仿真国外研究现状
• 1.2.2 月球车仿真国内研究现状
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第2章 构建崎岖月面仿真环境
• 2.1 月球表面环境简介
• 2.1.1 地貌类型
• 2.1.2 地貌特征
• 2.2 建模软件3DS Max与月面建模
• 2.2.1 建模软件3DS Max
• 2.2.2 月面特征元素建模
• 2.3 3DS Max与ADAMS的接口技术研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 六轮月球车动力学仿真研究
• 3.1 动力学仿真环境的构建
• 3.1.1 轮胎模型研究
• 3.1.2 仿真环境的集成
• 3.2 动力学仿真参数的调整
• 3.2.1 ADAMS动力学仿真参数的设置
• 3.2.2 轮胎模型特性参数的设置
• 3.2.3 车轮力学特性测试系统验证
• 3.3 六轮月球车动力学仿真
• 3.3.1 平原地形条件下的仿真
• 3.3.2 隆起地形条件下的仿真
• 3.3.3 月坑地形条件下的仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 移动控制的仿真研究
• 4.1 移动控制仿真原理
• 4.2 路径跟踪控制
• 4.2.1 车体运动学模型
• 4.2.2 基于滑移补偿的路径跟踪算法
• 4.3 联合仿真
• 4.3.1 构造Matlab移动控制策略
• 4.3.2 Simulink联合仿真
• 4.3.3 仿真结果后处理
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历