探索号四足仿生月球车设计说明书.doc

2013全国三维数字化创新设计大赛说明书 PAGE 第 PAGE 19 页 共 NUMPAGES 21 页 探索号四足仿生月球车 设计说明书 参赛队伍：启航者 参赛学生：沈俊杰 陈飞 阮航 李思皓 指导老师：李佳 参赛单位:武汉科技大学 目录 第一章 作品背景 1.1 探月工程概述 3 1.2 国内外月球车研究现状 3 1.3 月球车结构和功能要求 4 第二章 月球车原理方案的构思和拟定 2.1月球车原理方案的构思 5 2.2月球车原理方案的拟定 6 第三章 月球车各结构设计和原理分析 3.1展开机构设计 7 3.2行走机构设计 3.2.1几种越障方式比较 7 3.2.2方案拟定和结构设计 8 3.2.3越障原理分析 9 3.3 采样机构设计 3.3.1车前探钻结构设计 12 3.3.2机械手结构设计 12 3.4能源供应与通讯系统 3.4.1太阳能电池板 14 3.4.2雷达天线 15 3.5指向机构 15 第四章 参数分析 4.1基本测量 4.1.1收缩状态 16 4.1.2展开状态 17 4.2液压缸行程参数分析 18 4.3机械手主要尺寸 18 4.4材料选择 18 第五章 主要创新点和应用前景 5.1主要创新点 19 5.2应用前景 19 第六章 作品展示 20 第一章 作品背景 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。欧空局第一个月球探测器“智慧1号”（SMART-1）已于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。印度于2007年发射无人宇宙飞船，对月球进行首次科学探测，将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。嫦娥工程，是中国启动的第一个探月工程，该工程于2003年3月1日正式启动。首先是发射绕月卫星，继而是发射无人探测装置，实现月面软着陆探测，最后送机器人上月球建立观测点，并采回样本到地球。整个计划将历时20年。嫦娥三号将于2013年发射，并将“中华牌”月球车送上月球。 1.2 国内外月球车研究现状 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。 “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，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。“勇气号”火星探测器是美国国家航空航天局火星探测漫游者计划的第一部火星漫游车，于2003年6月10日发射升空，其主要任务是探测火星上是否存在水和生命，并分析其物质成份，以推断火星能否通过改造适合生命生存。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。 为了迎接国际航天科技的挑战，中国于2003年3月1日正式启动了的第一个探月工程——嫦娥工程，整个计划将历时20年。嫦娥三号将于2013年发射，并将“中华牌”月球车送上月球。在国内，以航天科技集团公司北京控制工程研究所、清华大学、哈尔滨工业大学等科研机构和大学，相继开展了有关月球探测及遥科学方面的研究工作。 北京控制工程研究所承担了“月球表面探测机器人方案研究”863项目，运用“虚拟样机”技术构造了虚拟月面计算机仿真环境，对月球表面探测机器人的动力学特性进行了分析和仿真研究，目前，已取得了很好的成果。 清华大学在月球表面环境及月球车几何建模方面做了大量的工作，并对所采用的电机进行了一定的研究。国防科学技术大学贺汉根教授领导的研究小组以“索杰纳”为蓝本，研制了KDR－1试验样车，对自主导航及路径规划技术进行了研究。哈尔滨工业大学针对深空探测成立了“深空探测基础研究中心”，积极启动了月球探测的研究工作，并取得了可喜的研究成果。 1.3 月球车结构和功能要求 （1）由于月球表面恶劣的地形环境，月球车必须具有性能优越、自适应能力强的 行走机构，和灵活的越障、避障能力以便在月球表面探测区域正常行走。 （2）为了在月面完成岩层钻探和采样任务，月球车要有优化设计的臂手机构。 （3）月球车的驱动可采用各种形式的原动机，月球车前进方式主要有足式移动、履带式移动和轮式移动三种方式； 登陆月面常用软着陆方式。 （4）为保证月球车正常工作，必须设计通讯系统，如雷达天线、舱内控制设备等结构设计，采用无线遥控方式，并能实时传送图像。 （5）利用太阳能电池板产生和储存能源