主動(dòng)擺臂四輪菱形月球車(chē)移動(dòng)系統(tǒng)越障性能分析與優(yōu)化

馬傳帥 文桂林 鐘志華 金秋談 程 棟 周景宇

1.汽車(chē)車(chē)身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長(zhǎng)沙,410082

2.湖南大學(xué),長(zhǎng)沙,410082

主動(dòng)擺臂四輪菱形月球車(chē)移動(dòng)系統(tǒng)越障性能分析與優(yōu)化

馬傳帥1文桂林1鐘志華1金秋談1程 棟2周景宇1

1.汽車(chē)車(chē)身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長(zhǎng)沙,410082

2.湖南大學(xué),長(zhǎng)沙,410082

提出了一種用于月球車(chē)的主被動(dòng)結(jié)合的搖臂式移動(dòng)系統(tǒng)。該移動(dòng)系統(tǒng)將四個(gè)主動(dòng)擺臂和一個(gè)被動(dòng)連接鉸整合在一起,從而提高了越障性能。建立了越障性能的力學(xué)判斷準(zhǔn)則,并利用此準(zhǔn)則對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能進(jìn)行了分析;考慮主動(dòng)擺臂的可調(diào)整性能,研究了主動(dòng)擺臂對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)越障性能的影響,并基于遺傳算法對(duì)越障性能進(jìn)行了優(yōu)化。對(duì)擺臂角度優(yōu)化的結(jié)果表明,主動(dòng)擺臂可以顯著提高移動(dòng)系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下的越障性能。

主動(dòng)擺臂;越障性能;月球車(chē);優(yōu)化;判斷準(zhǔn)則

0 引言

隨著21世紀(jì)人類(lèi)再次掀起月球探測(cè)的高潮,新型月球車(chē)的開(kāi)發(fā)受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注[1-4]。Takashi等[1]在2003年提出了一種新型的PEGASUS移動(dòng)系統(tǒng),而且對(duì)整車(chē)越障的原理進(jìn)行了分析。Thueer等[2]在2007年研發(fā)了RCL-E移動(dòng)系統(tǒng)并建立了動(dòng)力學(xué)模型,利用此模型對(duì)其VCV性能進(jìn)行了研究。Bauer等[3]在2008年提出了RCAST移動(dòng)系統(tǒng)并研究了車(chē)輪的牽引性能。Chen等[4]在2009年利用演化方法在搖臂-轉(zhuǎn)向架懸架系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了ORF-L移動(dòng)系統(tǒng)。

移動(dòng)系統(tǒng)作為月球車(chē)的重要組成部分,必須具備擴(kuò)展月面探測(cè)范圍、克服惡劣行駛環(huán)境的能力。考慮到月面的凹凸不平和存在大量石塊的情況,月球車(chē)懸架系統(tǒng)在行駛時(shí)必需具有良好的越障性能。很多學(xué)者針對(duì)不同的障礙,提出了不同的判斷準(zhǔn)則[5-6]。有些判斷準(zhǔn)則建立在越障高度與地面附著系數(shù)的關(guān)系基礎(chǔ)上[5];還有一些學(xué)者采用了地面對(duì)車(chē)輪提供的有效牽引力來(lái)作為車(chē)輛越障性能的判斷準(zhǔn)則[6]。但這些工作沒(méi)有考慮到車(chē)輛在攀爬的過(guò)程中需要路面實(shí)時(shí)提供的最小附著力。

本文介紹了一種新型的月球車(chē)移動(dòng)系統(tǒng)。此移動(dòng)系統(tǒng)因?yàn)榧闪酥鲃?dòng)擺臂和被動(dòng)連接鉸特點(diǎn),故在性能上具有被動(dòng)適應(yīng)和主動(dòng)控制的雙重優(yōu)點(diǎn)。為了分析本移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能,基于準(zhǔn)靜態(tài)方法提出了本移動(dòng)系統(tǒng)越障性能的力學(xué)判斷準(zhǔn)則。利用此判斷準(zhǔn)則,分析和優(yōu)化了主動(dòng)擺臂對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)越障性能的影響。

1 移動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)原理和幾何尺寸

圖1 主動(dòng)擺臂四輪菱形月球車(chē)及移動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

主動(dòng)擺臂四輪菱形月球車(chē)移動(dòng)系統(tǒng)的四輪按照菱形布置。4個(gè)車(chē)輪均為主動(dòng)輪,可獨(dú)立驅(qū)動(dòng),如圖1所示。其中前主動(dòng)輪、左主動(dòng)輪和右主動(dòng)輪通過(guò)擺臂機(jī)構(gòu)與前車(chē)架構(gòu)成三角形整體結(jié)構(gòu),此三角形整體結(jié)構(gòu)與后車(chē)架鉸接,后主動(dòng)輪與后車(chē)架通過(guò)后擺臂連接。前后車(chē)架通過(guò)電磁制動(dòng)器來(lái)控制車(chē)架的主被動(dòng)特性。月球車(chē)正常行駛情況下,各擺臂始終垂直于水平地面,擺臂鎖止。當(dāng)在普通路面行駛時(shí),電磁制動(dòng)器斷電打開(kāi),此時(shí)前后車(chē)架分離,懸架系統(tǒng)表現(xiàn)出路面被動(dòng)自適應(yīng)特性,在一般的不規(guī)則路面上,可以保證車(chē)輪隨時(shí)與地面接觸。注意到,四輪菱形布置的特點(diǎn)是任意三輪接地點(diǎn)都構(gòu)成三角形,而且通過(guò)中間兩輪的擺臂和前后輪的轉(zhuǎn)向,可以調(diào)整前、后、左、右三角形的接地面積。所以,當(dāng)出現(xiàn)較寬溝壕或較高的垂直障礙等情況時(shí),通過(guò)電磁制動(dòng)器通電閉合而取消鉸接功能,使前后車(chē)架合并為一個(gè)剛性整體,此時(shí),可通過(guò)主動(dòng)擺臂使重心依次在所期望的任意三個(gè)車(chē)輪的接地點(diǎn)構(gòu)成的三角形內(nèi),實(shí)現(xiàn)重心相對(duì)轉(zhuǎn)移(注:不是改變重心位置),從而提高越野性能,包括跨過(guò)寬于車(chē)輪直徑的溝壕和攀越高于車(chē)輪半徑的垂直陡壁等障礙。

在整個(gè)移動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)上,首先保證整車(chē)的重心在整車(chē)的幾何中心軸線上。正常行駛狀態(tài)時(shí),在保證四輪接地的情況下,應(yīng)盡量保證各輪平均分擔(dān)整車(chē)的載荷,也就是說(shuō),在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),整車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求理論上實(shí)現(xiàn)四輪對(duì)地面產(chǎn)生相同的壓力。因此,對(duì)主動(dòng)擺臂四輪菱形月球車(chē)移動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下:設(shè)前后軸距為L(zhǎng),重心在整車(chē)的幾何中心,l1=L/3,l2=L/6,l3=L/2。

月球車(chē)移動(dòng)系統(tǒng)采用菱形布置的特點(diǎn)為:①四輪三軸且獨(dú)立驅(qū)動(dòng),越野性能好,通過(guò)能力強(qiáng);②底盤(pán)菱形布置,轉(zhuǎn)彎半徑小,前后輪轉(zhuǎn)向,轉(zhuǎn)向靈活,可協(xié)調(diào)性強(qiáng);③車(chē)輪數(shù)量少,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,輕量化程度高;④由于加入了主動(dòng)擺臂機(jī)構(gòu),懸架結(jié)構(gòu)還存在可調(diào)整的特點(diǎn),可以有效提高在苛刻環(huán)境中的逃逸能力。

2 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

由前面對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)的原理分析可知,此移動(dòng)系統(tǒng)的4個(gè)擺臂均是獨(dú)立的,并可以在一定范圍內(nèi)通過(guò)電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)或鎖止。擺臂之后,其幾何關(guān)系產(chǎn)生了變化,對(duì)整車(chē)的移動(dòng)性能也將產(chǎn)生影響,所以非常有必要對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析。

2.1 幾何關(guān)系初始化

由于月球車(chē)在翻越臺(tái)階式障礙時(shí)其幾何形狀是對(duì)稱性的,故移動(dòng)系統(tǒng)的幾何關(guān)系可轉(zhuǎn)化為二維問(wèn)題進(jìn)行分析(圖2)。

圖2中,Joij為移動(dòng)系統(tǒng)擺臂后第i鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)向量;Joil為移動(dòng)系統(tǒng)擺臂前第i鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)向量,i=0,1,2,3;Wopj為移動(dòng)系統(tǒng)擺臂后第p輪心坐標(biāo)向量;Wop l為移動(dòng)系統(tǒng)擺臂前第p輪心坐標(biāo)向量,p=1,2,3;goj為擺臂后的質(zhì)心坐標(biāo)向量;gol為擺臂前的質(zhì)心坐標(biāo)向量。

為了分析擺臂對(duì)幾何關(guān)系的影響,定義o(x0,y0)為局部坐標(biāo)系的原點(diǎn),各擺臂逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?順時(shí)針?lè)较驗(yàn)樨?fù)。各輪軸心相對(duì)于此局部坐標(biāo)系的關(guān)系如下:

圖2 移動(dòng)系統(tǒng)幾何關(guān)系示意圖

由于鉸接點(diǎn)0、鉸接點(diǎn)1和鉸接點(diǎn)2在同一部件上,所以矩陣存在關(guān)系:

另外,在月球車(chē)行駛過(guò)程中,車(chē)速很慢[7-8],所以可假定車(chē)輪時(shí)刻與路面接觸,即可得到如下的約束條件:

根據(jù)式(3)與式(1)可求出σ和ζ,從而求出擺臂后各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(如鉸接點(diǎn)和輪心)的坐標(biāo)。

2.2 越障過(guò)程運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系

本文將月球車(chē)越障過(guò)程分為三個(gè)步驟,如圖3所示。每個(gè)步驟中移動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系會(huì)發(fā)生變化,所以需要建立滿足各個(gè)步驟的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。

圖3中,(xq,yq)為各關(guān)鍵點(diǎn)在全局坐標(biāo)系中的坐標(biāo),其中q=0,1,2,3,4;Fp=μN(yùn)p,表示第p個(gè)輪的牽引力;Mp=μN(yùn) p r,表示第p個(gè)輪的輸出轉(zhuǎn)矩;Np是第p個(gè)輪的地面支持力;μ為越障時(shí)地面需要提供的附著系數(shù);r為車(chē)輪半徑;hmn和lmn分別是從關(guān)鍵點(diǎn)m到關(guān)鍵點(diǎn)n的垂直距離和水平距離,且hmn=yn-ym,lmn=xn-xm;其中m,n=0,1,2,3,4。

式中,Jij為越障過(guò)程中第i鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)向量;Jijx、Jijy分別為越障過(guò)程中第i鉸接點(diǎn)的x坐標(biāo)和y坐標(biāo);Jilx、Jily分別為第i鉸接點(diǎn)初始化之后的x坐標(biāo)和y坐標(biāo);Wpj為越障過(guò)程中第p輪心坐標(biāo)向量;Wpjx、Wpjy分別為越障過(guò)程中第p輪心的x坐標(biāo)和y坐標(biāo);Wplx、Wply分別為初始化后第p 輪心的 x坐標(biāo)和y 坐標(biāo);DJ1W1、DJ0W1、DJ2W1、DJ3J0、DW2W1、DW3J0分別為位移變換矩陣。

式中,λ為前車(chē)架的轉(zhuǎn)動(dòng)角度;ε為后車(chē)架的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

圖3 移動(dòng)系統(tǒng)越障過(guò)程力學(xué)模型

因?yàn)榍败?chē)架可看成一個(gè)整體,所以前車(chē)架上各關(guān)鍵點(diǎn)的位移變化矩陣存在如下的關(guān)系:

同理,后車(chē)架上各關(guān)鍵點(diǎn)的位移變化矩陣存在如下關(guān)系:

3 系統(tǒng)越障性能分析

當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供的動(dòng)力足夠時(shí),其主要的影響因素是地面與車(chē)輪間的附著系數(shù)。在不同的時(shí)間段整個(gè)系統(tǒng)保持動(dòng)平衡需要的附著系數(shù)不同,所以只有研究車(chē)輪越障整個(gè)過(guò)程的附著系數(shù)才能對(duì)其越障過(guò)程進(jìn)行分析。

3.1 移動(dòng)系統(tǒng)準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)關(guān)系

假定障礙和路面的附著系數(shù)相同,根據(jù)力學(xué)平衡關(guān)系式可得到各車(chē)輪在不同高度(h)位置保持靜平衡時(shí)需要的附著系數(shù)。

根據(jù)準(zhǔn)靜平衡條件可得

式中,Gw為車(chē)輪重量;G為有效載荷的重量;θ為障礙物傾角。

3.2 越障性能判斷準(zhǔn)則

由于月球車(chē)移動(dòng)系統(tǒng)的行駛速度一般很慢[8-9],所以其越障過(guò)程可以看成準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題[7,10]。車(chē)輪在障礙物上逐漸上升的過(guò)程中,整個(gè)系統(tǒng)保持靜平衡的條件將會(huì)不同。再結(jié)合前面的分析可知,本移動(dòng)系統(tǒng)在越障過(guò)程中所需要的路面附著系數(shù)μ受到車(chē)輪高度h,臺(tái)階高度H和各擺臂擺角(α,β,γ)等因素的影響,因此,其方程可表示為

當(dāng)臺(tái)階的高度一定,移動(dòng)系統(tǒng)的前擺臂、中擺臂和后擺臂角度保持不變時(shí),車(chē)輪越障能力主要由移動(dòng)系統(tǒng)的車(chē)輪在不同高度時(shí)需要地面提供的最大附著系數(shù)決定,即

對(duì)于整個(gè)移動(dòng)系統(tǒng)越障,其越障性能主要由前輪、中輪和后輪均越過(guò)障礙所需要的附著系數(shù)決定 。即

其中,μc越大,表示移動(dòng)系統(tǒng)越障需要的路面附著系數(shù)越大,移動(dòng)系統(tǒng)越難越過(guò)障礙。所以對(duì)于主動(dòng)擺臂四輪菱形月球車(chē)移動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),越障過(guò)程中μc的值越小,則越障性能越好;反之,則越差。

3.3 正常姿態(tài)下移動(dòng)系統(tǒng)越障性能

移動(dòng)系統(tǒng)在正常姿態(tài)下(α=0,β=0,γ=0),其越障過(guò)程中車(chē)輪高度不同時(shí),對(duì)車(chē)輪與地面的附著力的要求是不同的,因此需要分析h和H對(duì)μ的影響,如圖4所示。

圖4 移動(dòng)系統(tǒng)越障性能分析

從圖4a可以看出在前輪越障時(shí),當(dāng)臺(tái)階高度小于車(chē)輪半徑時(shí),車(chē)輪需要地面的附著系數(shù)隨著車(chē)輪高度增加而減小;當(dāng)臺(tái)階高度大于車(chē)輪半徑時(shí),車(chē)輪越障需要的最大附著系數(shù)均出現(xiàn)在初始爬升時(shí),其需要的值相同。這主要是因?yàn)榕_(tái)階高度大于車(chē)輪半徑時(shí),障礙與車(chē)輪的作用力方向和作用位置相同,所以整個(gè)系統(tǒng)保持靜態(tài)平衡,需要的附著力相同。從圖4b可以看出,中輪越障時(shí)的地面附著系數(shù)的變化趨勢(shì)與前輪越障相同,原因也相同。而從圖4c可以看出當(dāng)臺(tái)階高度小于車(chē)輪半徑時(shí),后輪越障需要的地面附著系數(shù)隨著車(chē)輪高度增加而減小。當(dāng)臺(tái)階高度大于車(chē)輪半徑時(shí),后輪越障需要的地面附著系數(shù)隨著車(chē)輪高度的增加而增大。當(dāng)輪心位置與臺(tái)階高度平行以后,后輪越障需要的地面附著系數(shù)隨車(chē)輪高度增加而減小。

通過(guò)上面的分析可以看出,本移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能判斷準(zhǔn)則可以寫(xiě)成以下形式:

4 主動(dòng)擺臂對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)越障性能的影響及優(yōu)化

4.1 擺臂角度對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)越障性能的影響分析

若移動(dòng)系統(tǒng)不存在擺臂機(jī)構(gòu),在車(chē)輛的尺寸和重量一定的情況下,外部環(huán)境一定時(shí),則整車(chē)的越障性能也將固定,不能根據(jù)外部環(huán)境作出調(diào)整。由于主動(dòng)擺臂具有擺動(dòng)功能,故可以調(diào)整車(chē)輪之間的輪距和關(guān)鍵點(diǎn)之間的位置關(guān)系,從而調(diào)整重心在前輪、中輪和后輪之間的相對(duì)分布位置,改變整車(chē)的越障性能。由于每個(gè)車(chē)輪越障時(shí)需要的附著系數(shù)是不同的(圖4),通過(guò)擺臂調(diào)整輪距、質(zhì)心高度以及鉸接點(diǎn)間的水平和垂直距離,可以使每個(gè)越障階段需要的路面附著系數(shù)減小,進(jìn)而可以提高系統(tǒng)的越障性能。

因部分月面石塊的高度大于車(chē)輪半徑,為了研究移動(dòng)系統(tǒng)在惡劣環(huán)境的越障性能,結(jié)合月面巖石統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),障礙的高度 H定為25cm。根據(jù)式(11),針對(duì)新開(kāi)發(fā)的月球車(chē)物理樣機(jī),對(duì)單個(gè)擺臂對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能的影響進(jìn)行了分析,如圖5所示。主動(dòng)擺臂的角度范圍受到機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制 ,均選在區(qū)間[-30°,30°]內(nèi)。因此,移動(dòng)系統(tǒng)越障時(shí)需要的路面附著力可以表示為附著系數(shù)與擺臂角度的關(guān)系,即

圖5 各擺臂對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)越障性能的影響

從圖5a可以看出前擺臂角度對(duì)前輪越障具有較大的影響。當(dāng)前擺臂角度為-25.8°時(shí),整個(gè)移動(dòng)系統(tǒng)越過(guò)25cm障礙需要的路面附著系數(shù)最小,為0.638。由圖5b可以看出整個(gè)移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能是由前輪越障和中輪越障共同決定的。當(dāng)中輪擺臂角度為17.9°時(shí),移動(dòng)系統(tǒng)越障需要的路面附著系數(shù)最小,為0.53。由圖5c可以看出當(dāng)后輪擺臂角度為-20°時(shí),移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能最強(qiáng),需要的路面附著系數(shù)為0.505。

從上面的分析可以看出,就新研制的移動(dòng)系統(tǒng)物理樣機(jī)來(lái)說(shuō),主動(dòng)擺臂對(duì)其的越障性能具有重要的影響,通過(guò)擺臂可以很大程度的提高移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能。

4.2 移動(dòng)系統(tǒng)越障性能優(yōu)化

通過(guò)分析單個(gè)擺臂對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)越障性能的影響可知,主動(dòng)擺臂對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能有很大的作用。實(shí)際工程中,可以通過(guò)同時(shí)調(diào)整三個(gè)主動(dòng)擺臂來(lái)更大程度地提高移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能。但由于移動(dòng)系統(tǒng)越障需要的路面附著系數(shù)受到三個(gè)因素(α,β,γ)的影響,影響因素較多,使得在給定區(qū)域內(nèi)很難找到最優(yōu)的越障方案。遺傳算法作為一個(gè)成熟的搜索算法被廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程領(lǐng)域[11-12]。本文采用此算法在給定的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行搜索,從而對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能進(jìn)行優(yōu)化。

基于式(11)和式(12)可得到優(yōu)化數(shù)學(xué)模型:

從圖6可以看出,通過(guò)50次迭代得到最小路面附著系數(shù)為0.48。而在無(wú)主動(dòng)擺臂的正常狀態(tài)時(shí),行駛系統(tǒng)越障需要的路面附著系數(shù)為0.638。由此可以看出移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能得到了很大的提高。此時(shí)對(duì)應(yīng)的各擺臂角度為α=-8.98°,β=6.36°,γ=-17.68°。從解的變化可以看出 ,μc值是越來(lái)越小的,而移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能卻得到了提高。從種群均值的變化可以看出,隨著代數(shù)的增加,變化越來(lái)越小,說(shuō)明種群離最優(yōu)點(diǎn)的值越來(lái)越近。說(shuō)明此時(shí)(即 α=-8.98°,β=6.36°,γ=-17.68°)月球車(chē)移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能基本達(dá)到最好。

圖6 路面附著系數(shù)與迭代次數(shù)的關(guān)系

5 結(jié)論

(1)介紹了一種新型的月球車(chē)移動(dòng)系統(tǒng),并開(kāi)發(fā)研制了其物理樣機(jī),針對(duì)此移動(dòng)系統(tǒng)提出了其越障性能的判斷準(zhǔn)則。

(2)利用此判斷準(zhǔn)則對(duì)菱形月球車(chē)移動(dòng)系統(tǒng)正常行駛狀態(tài)下(α=0,β=0,γ=0)的菱形月球車(chē)的越障性能進(jìn)行了分析。

(3)研究了擺臂機(jī)構(gòu)對(duì)新開(kāi)發(fā)月球車(chē)移動(dòng)系統(tǒng)越障性能的影響。從分析結(jié)果可以看出擺臂對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能有很大影響。

(4)考慮到擺臂方式的復(fù)雜性,針對(duì)新開(kāi)發(fā)的移動(dòng)系統(tǒng)物理樣機(jī),利用遺傳算法對(duì)此移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化結(jié)果表明通過(guò)擺臂可以很大程度提高移動(dòng)系統(tǒng)的越障性能。

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Analysisand Optim ization of Climbing-capability of Four-wheel-rhombus-arranged M obility System

Ma Chuanshuai1Wen Guilin1Zhong Zhihua1Jin Qiutan1Cheng Dong2Zhou Jingyu1
1.State Key Laboratory o f Advanced Design and Manufacture for Vehicle Body,Changsha,410082
2.Hunan University,Changsha,410082

A new ly developed four-wheel-rhom bus-arranged mobility system for lunar rover was presented.To improve the clim bing-capability,the independent active swing arms were integrated w ith the passive rotary link structure in them obility system.In order to investigate the climbing-capability,themechanical judging criterions were put forward based on quasi-static analysis method of themobility system.The climbing capability of the mobility system w as analyzed using the criterions.Due to the adjustment of the sw ing arm s,the influences of sw ing arms on the climbingcapability w ere studied.Furthermore,the climbing capability was optimized based on the genetic algorithm method.The results indicate that the climbing capability can be greatly im proved in the severe environment.

sw ing arm;climbing capability;lunar rover;op tim ization;judging criterion

U489;V 476.3

1004—132X(2011)05—0550—07

2010—05—11

(編輯 袁興玲)

馬傳帥,男,1983年生。湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院博士研究生。研究方向?yàn)檐?chē)輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真與結(jié)構(gòu)優(yōu)化。獲省級(jí)科技二等獎(jiǎng) 1項(xiàng),獲國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利 3項(xiàng),發(fā)表論文2篇。文桂林,男,1970年生。湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。鐘志華,男,1962年生。湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師,中國(guó)工程院院士。金秋談,男,1964年生。湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院副教授。程 棟,男,1978年生。湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院講師。周景宇,男,1985年生。湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院碩士研究生。