月球车与月壤交互作用的离散元-多体动力学耦合建模

目前,对于散体颗粒物质与复杂机械系统的耦合作用研究,面临着跨尺度、计算规模庞大以及非光滑表面的接触检测困难等问题。为了探究月球车与月壤交互作用,首先对颗粒-多体耦合系统动力学建模与接触算法进行研究。分别用离散元方法(discrete element method, DEM)和多体动力学(multibody dynamics, MBD)笛卡尔方法建立了散体球形颗粒和含约束多体系统的动力学模型,并基于Hertz-Mindlin模型计算颗粒与刚体的接触力,在此基础上给出顺序耦合策略,建立了离散元和多体耦合的动力学模型。针对月球车齿状车轮的非光滑表面与颗粒之间接触检测规模庞大的问题,提出了非光滑形状物体的分区域局部检测方法,降低了局部检测的规模。通过对比圆柱体冲击颗粒的试验和仿真结果,验证了离散元-多体耦合模型的准确性。在耦合动力学建模和接触算法研究的基础上,对具有齿状车轮的月球车在月壤上行驶过程进行动力学仿真,研究不同驱动参数下的系统动力学特性以及不同轮胎形状对行驶运动的影响,研究结果表明,交错形轮齿的月球车相较直齿形轮齿前进距离多14%,前进效率较高,该研究对月球车的设计具有理论指导意义。     

玉兔醒了

月球车玉兔号最新消息：“玉兔号”月球车突然“起死回生”。负责探月工程项目的国家国防科工局证实，此前出现机构控制异常问题的“玉兔号”已成功自主唤醒，这让全世界关心它命运的人坐了趟由悲到喜的情感过山车。     

月球车驱动轮爬坡性能的影响因素研究

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。     

月球车驱动轮爬坡牵引性能预测

月球表面可通过性较差,预测月球车驱动轮的爬坡牵引性能,对于保证探测工作的正常进行有重要意义。在传统地面车辆理论与研究方法的基础上,考虑斜坡角度对浅层月壤应力分布的影响和轮刺作用,给出了刚性车轮与月壤的相互作用模型。通过实例,计算和分析了不同参数的变化对车轮牵引性能的影响。分析结果表明:车轮的挂钩牵引力和滚动阻转矩受到车轮滑转率、结构尺寸和轮刺高度等参数变化的影响;车轮驱动效率随滑转率变化呈现先增大后减小的趋势,在最优的滑转率区间内能获得较大值。分析结论为月球车车轮的设计和控制提供了参考。     

一种月球车的环境重建方法

根据对月球车双目立体视觉系统及其工作环境的分析,提出了一种基于相机离线标定和区域生长的稠密匹配相结合的月球车环境重建方法,通过相机离线标定、极线校正和基于区域生长的立体匹配,得到月球车漫游环境的重构地图;首先,与常用的相机标定方法相比,基于OpenCV的相机离线标定在得到可靠的相机参数的同时,减少了三维重建的时间,提高了实时性;其次,通过极线校正和改进的区域生长立体匹配方法可以快速的得到稠密的月球车的环境深度图;实验结果证明了该方法的有效性。     

基于地面力学的月球车爬坡轮—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．     

登月之旅的全球竞争——写在月球车专题报道之前

俄罗斯航天理论先驱齐奥尔科夫斯基曾经说过：“地球是人类的摇篮,但人类不能总在摇篮里生活。” 科学泰斗的宣言一直激励着人类的飞天梦想。1961年,前苏联成功地载人飞入外太空,人类第一次迈出了摇篮。1969年,美国人登上月球,人类第一次踏上了地球之外的大地。     

月球车的自主视觉导航

视觉导航是月球车的一项重要功能,本文首先介绍了国内外视觉导航的情况：在对视觉导航原理分析的基础上,提出了月球车的视觉导航实现方案,并进行了避障路径规划的实验。实验结果表明了方法的正确性。     

数字八卦

NASA Chariot月球车，Flacon虚拟存储器，在家中锻炼身体，Nave 360度可视通信设备，软壳手机Tag     

NASA的新概念月球车SPR

此前我们介绍过NASA的“星座计划”——2020年将人类重新送上月球。为了实现这个伟大的目标，NASA不仅在紧锣密鼓地研发Ares火箭和Orion太空船，对于新型月球车的测试也丝毫没有放松。在不久前举行的第11届沙漠研究和技术研讨会上，NASA的工程师、宇航员和地质学家们就对两种不同配置的小型月球车进行了实地测试，