月球车设计报告
“月轮号”设计说明书
图3
差速机构
3.3 车轮
图 4 车轮
为提高车体的机动性，增强月球车的转弯能力，采用半球形车轮。月球车四个车轮均有 独立转向机构，可实现原地 360° 灵活转弯。月壤比较松软，所以当轮子行走时会因为下陷 而与月面成面接触，从而减小接触压强。 轮子上安装有独立转向机构， 其原理图如下所示关节处的电机可以驱动车轮前进， 曲柄 处的电机可以使车轮转向而不与其他运动发生干涉， 即相对独立转动， 四个车轮的独立转向 可以增加移动系统的机动灵活性。
I
2011 年全国大学生机械产品数字化设计大赛“月轮号”月球车
摘要：月球具有可供人类开发和利用的各种独特资源，其特有的矿产和能源，是对地球资
源的重要补充和储备，将对人类社会的可持续发展产生深远影响。2004 年，我国正式开展 月球探测工程，并命名为“嫦娥工程” 。 2007 年，我国第一颗月球探测卫星“嫦娥一号” 顺利升空，进行了为期一年的月球探测任务，预计到 2020 年我国将走完 “绕，落，回”三 步， 完成对月壤特性、 地月空间环境等的探测。 月球表面的地质构造极其稳定， 地震很微小， 其表面遍布撞击坑，月球高地，月海，风化层，体貌特征复杂。月球具有高真空、低重力、 无偶极磁场，温度差极大的特殊环境，而且月球表面直接遭受太阳风，太阳宇宙射线和银河 宇宙射线的照射及各种流星体的撞击。 这种特殊的空间环境要求机器人系统能够在预先未知 或非结构化的环境中执行变化的任务，月球车的移动系统无疑是星球探测的核心技术之一。 机器人的移动平台应具备良好的几何通过性、越障性、抗倾覆性、行驶平顺性、牵引控制特 性和能耗特性。
2.2 车体 车体主要由车身，差速机构组成。 2.2.1 车身
2
2011 年全国大学生机械产品数字化设计大赛“月轮号”月球车 a． 材料的选择 车体材料选择铝合金， 在低温条件下能保持较好的强度和塑性， 具有很好的抗腐蚀性和 导热性。在低温和真空条件下吸收气体较好，能强化。 b．结构设计及加工分析 首先，车体底部应该有一定的凹起，一方面这样能够保证通过角，另一方面可以还能够 一定程度的避免地面的磨损与撞伤，而且还美化了车体的外观；其次为了减小电机的负荷， 车体重量应该尽量小，月球车车体承受作用力较小，本设计把车体板设计成空心壳板，主要 物理参数如下表所示（与实心板比较） （注：左侧为空心板数据） 。从以下数据可以看出,重 量约是实心的三分之一，进行应力分析，固定一个表面在相对面上施加2MPa力，部分结果 如下：可知安全系数满足使用要求，空心时最大变形位移为 0.006mm,实心时是0.0003mm, 虽然增量较大，但是位移量很小，肯定能满足要求。
太阳能电池驱动的月球车设计
【 关键词】 月球车； 太阳能； 电池驱动 【 作 者简 介】 曲婧 （ １ ９ ９ ０ ． ６ 一） ， 女， 山东蓬莱人 ； 教师 ， 硕士 ； 研究方 向： 车辆工程 【 通 讯作者】 曲婧 （ １ ９ ９ ０ ～） ， 女， 教师， 硕士 ； 研 究方向 ： 车辆 工程
一
、
引 言
（ 四） 具有灵 活的越 障、 避 障能 力。月 球月 表貌复杂 ， 到 处 都是尘埃和石块 ， 并且还存 在 陨石 坑 、 断层 、 月山等 。因而 要 求月球车要拥有 良好的越障 能力 和通 过性能 。除此 之外 ， 月球车还应具有防尘 、 抗磁 、 抗 辐射等能力。
少了质量 ， 优 化 了空 间 ， 同时 有利 于 降低 月球 车 整体 重 心 。
月球 表面多尘埃和砂 砾 ， 如果 车轮设 计成 光滑 平 面 ， 根 据汽 车理 论知识 可知 ， 光 滑 的车轮在 松 软的月 球土 壤 中滚动 ， 车
轮 附着力 会大大降低 ， 所 以设计的车轮上带有一定的条纹 ，
些机构功能发生故障时 ， 能够进行 自我调整 ， 不受 影 响， 继续
进 行工作。 （ 四） 动臂有 限元 分析 。动臂 的分析相似 于斗杆 ， 只要进 行正 确的约束和力 的施加 ， 都 能得 到应 力 云 图与变 形云 图。
产生 的地方 ， 进行受力分析 ， 为进 一步有 限元分析 提供依据 ； 通过 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ对工作装置进行有限元静力学分析 ， 得 出应力较 大 的地方是动臂 与底座 铰接处 区域 和动臂 与 斗杆 油缸 相连 接轴套附近 区域 ， 斗杆与动臂铰接处和 斗杆油缸 与斗杆 铰接 处； 变形集 中出现在 动臂 与斗 杆铰接端 ， 斗杆 中间部 分 ， 因为
２ ０ １ ７年 第 １ ６ 卷 第 ４ 期
工程月球车的设计方案
工程月球车的设计方案摘要随着人类对外太空的探索不断深入，工程月球车的设计与制造已成为一个迫切的需求。
本文将介绍一款用于月球探测与科学研究的工程月球车的设计方案。
该月球车将具备行驶、操控、采集样本、传感器监测等多项功能，以满足人类对月球环境的探索需求。
1. 引言自20世纪之初，人类就对月球进行了广泛的科学研究，特别是在上世纪60年代末，美国和苏联分别成功地进行了载人登月任务。
自此之后，对月球的研究更是广泛展开。
为了更深入地了解月球表面的地质构造、地质活动以及与地球的相似性，月球探测车（月球车）的设计与制造变得极为重要。
2. 设计目标本设计方案将针对工程月球车的主要设计目标进行分析。
月球车需要满足以下基本目标：1）能够在月球表面行驶并且能够适应不同的地形环境；2）携带各种科学研究设备，如激光测距仪、地质钻探设备等；3）具备远程操控和自主导航能力；4）能够在极端环境下工作，如低温、真空等；5）具备样本采集和分析功能；3. 结构设计工程月球车整体结构设计分为底盘、动力系统、悬挂系统、传动系统等几大部分。
底盘设计：底盘设计应具有足够的强度和刚度，以支撑月球车整机。
采用轻质合金材料作为底盘材料，并且加强关键连接处的焊接连接，以保证整机的稳固性和耐用性。
动力系统：考虑到月球表面的复杂地形，月球车的动力系统应该具备较强的通过性和悬挂适应性。
采用四轮驱动，同时结合电动发动机和太阳能电池板作为能源，并配置强有力的悬挂系统，以增加车辆的通过性和操控性。
传动系统：传动系统负责将动力从电动发动机传输到车轮，需要具备较高的效率和可靠性。
采用先进的齿轮传动设计，以保证传动效率和传动寿命。
4. 功能设计月球车需要具备丰富的功能以满足科学研究的需求，包括采样、分析、传感器监测等。
采样系统：月球车需要能够在月球表面采集地质样本并进行分析。
通过装备高精度激光测距仪，携带地质钻探设备等，以实现对地质样本的采集和分析。
传感器监测：月球车需要装备多种传感器，如温度传感器、湿度传感器、气压传感器等，以对月球表面的环境参数进行监测。
月球车实验总结与反思作文
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月球车行走系统设计
月球车行走系统设计02011509——姜晓文方案总体设计◆1、车轮设计——普通车轮◆2、悬架设计——双曲柄滑块联动悬架◆3、车体设计——差速轮系◆4、驱动电机和减速器——直流电机和行星齿轮减速器车轮设计普通车轮：普通轮系通常采用包容结构, 对直线牵引、转向驱动、检测等功能模块进行一体化设计与制造, 减少质量和增强可靠性。
行星车轮：越障能力强, 且有一定的地面自适应能力,但转向只能通过差速实现, 不如普通轮系灵活。
选择采用普通车轮，保证转向的灵活。
双曲柄滑块联动：相比于摇臂式的悬架，获得较好的越障能力和行走的平顺性。
选择采用双曲柄滑块联动悬架，保证一定的越障能力。
车体设计差速轮系：车体采用差速轮系与左右车体固联，均化车体的俯仰角。
采用差速轮系，保证车体行驶的平稳性。
驱动电机和减速器设计牵引电机和转向电机分别实现行走和转向。
牵引电机：采用直流电机和行星齿轮减速器转向电机：采用直流电机和行星齿轮减速器和蜗轮蜗杆◆车轮尺寸◆悬架结构尺寸◆电机的选择和行星齿轮减速器的传动比——设计要求◆最大外形尺寸：900mm(长)×600mm(宽)×450mm(高)；◆总质量不超过50kg◆移动速度不小于0.1m/s——月球地面情况的参考信息◆1~3米的月球车大概会遇到25°斜坡，15~20cm高的障碍。
（可以一这个数据建立月球表面的模型和为满足一定的越障能力确定悬架的尺寸）◆月球表面的滚动阻力系数0.35左右。
（结合月球表面的路面情况（干沙和坑洼）估计，还未在文献中找到可以参考的数值）◆参考车轮的大小直径220mm 宽度100mm。
（车轮的直径大小会影响车轮转速和所需要的扭矩）——悬架尺寸的设计要满足前后轮的20cm的越障高度。
主摇臂：235mm连杆1：234mm连杆2：234mm曲柄1：158mm曲柄2：158mm——电机和减速器的传动比的设计驱动力的计算：车的行驶阻力=滚阻+坡阻F=F f+F i=Gφ=G(i+f)=mg(i+f)/2；月球上重力加速度g=1.63m/s^2坡度i=tanð；倾斜角ð；滚阻f；驱动力=行驶阻力F t=F；空载质量50kg预计月球车的最大载荷为100kg F=100X1.63X（0.35+0.46）/2=66.015N驱动力F t=66.015N——电机和减速器的传动比的设计电机的选择计算：工作功率P t=F t v (w)；电机的功率P=P t/η;η传递效率；根据P值选择电机工作功率：P t=F t v =6.6015.X0.1=6.602(w) MAXON行星齿轮减速器的传递效率η1=0.65联轴器的传递效率η2=0.98η=η1Xη2Xη2=0.62426P=6.602/0.637=10.58w选取额定功率为15w的Maxon伺服电机型号为：267121额定电压：24v额定转速：2800r/min方案的具体设计——电机和减速器的传动比的设计行星齿轮减速器选择：车轮半径R车轮转速n=60v/(2piR)传动比i=额定转速/车轮转速根据传动比选择减速器车轮半径：110mm车轮转速n=60X0.1/(2piX0.11)=8.68r/ min传动比i=1210/8.68=244选择Maxon行星齿轮减速器型号：218418减速比为256：1能够承受的最大扭矩为：0.15Nm◆悬架的设计基本完成◆牵引电机和行星齿轮减速器的计算已经完成◆接下来的进度：◆悬架的进一步计算（根据悬架的受力来确定悬架的截面宽度）◆转向的设计◆构建三维模型。
制作月球车实验报告作文
制作月球车实验报告作文
月球车实验报告，口语化风格。
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一、动手组装月球车。
嘿，这次实验可真是太酷了！我们得自己动手组装月球车。
零
件一大堆，看得我眼花缭乱。
不过，在队友们的齐心协力下，月球
车逐渐有了个样子。
那些螺丝啊、轮子啊，就像乐高积木一样，一
块块拼起来，成就感爆棚！
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二、测试越野能力。
咱们这月球车可不是吃素的，得在模拟的月球表面上测试它的
越野能力。
我推它上了个小山坡，嘿，这家伙稳稳当当就上去了！
然后还给它设置了些障碍，像石块啊、小坑啊，月球车都轻松应对，简直就是月球探险的小能手！
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三、遥控操作体验。
遥控月球车可真是个技术活。
我手握遥控器，心里那叫一个紧张啊。
三角形轮组式月球车
1）重力：月球重力是地球的1/6，那便意味着，质量为 50千克的东西，在地球上所受重力约500牛。到了月球表 面则变成约80牛。 2）路况：月球表面崎岖不平的路面，有石块、有陨石坑， 还有坡。 3）环境：尘土干扰 4）电力供应：月球的自转引起月面的昼夜变化。月球上 一天的时间，大约相当于地球上的27天略多。因此，月球 昼夜间隔大约相当于地球上的14天。 5）温度：在月球的一个自转周期内，温度相差可以达到 310℃。 西南交通大学
翻越障 碍电机
每组轮系采用三 个车轮组成三角形。 每个车轮都由电机单 独驱动、加速、制动。 这样能增加车的稳定 性、安全性以及翻越 障碍的能力。 然后每个车轴都有 一个电机单独驱动。 当遇到障碍物需要翻 越时，此时该电机工 作带动三角形轮系转 动翻越障碍。
西南交通大学
牵引电机
三角形轮系
2、转向系的设计
月球车设计思路
设计思路：了解月球上的各种恶劣因素， 然后了解月球车在月球上运行时需要客服 的种种外部条件，最终设计出适应在月球 车上运行的月球车。 设计目标：客服月球上各种恶劣因素，从 而达到月球探测车在月球上安全顺利的长 时间运行。
西南交通大学
三、设计结构说明
1、三角形轮系的 设计
该设计是为了客服 月球表面复杂多变的路 况。
3、电机
车上所有电机都采用 直流伺服电机。这样电 机就能达到独立的变速 与匀速运动。
4、车轮与联轴器
联轴器为滑块式联 轴器。
联轴器
西南交通大学
5、圆锥齿轮
圆锥齿轮改变旋转方 向。
转向节
6、转向节
转向 拉杆
西南交通大学
7、空气弹簧：纵向减震器，减小车体 与车身之间因路面不平整产生的震动。
载人月球车设计研究——以“乂”号载人月球车为例
技术与实践INDUSTRIAL DESIGN 工业设计 / 159载人月球车设计研究――以“乂”号载人月球车为例RESEARCH ON THE DESIGN OF MANNED LUNAR ROVER—TAKING "YI" MANNED LUNAR ROVER AS AN EXAMPLE哈尔滨工程大学机电工程学院 黄绍帅（通讯作者） 杨建国 苟志明3载人月球车的现存问题目前载人月球车存在以下几方面问题：(1)低重力环境下存在安全问题。
在1/6 g 地球重力下高速行驶时，车体起伏与在地面相比较大，当高速移动时遇到障碍时，由于惯性原因，车轮会暂时腾空，造成车辆的危险；同时高速行驶时可能产生的侧翻、碰撞等问题，也会对探月任务造成阻碍。
(2)车辆缓震不理想。
由于月球车开放的框架式结构， 载人月球车在高速穿越崎岖路面和斜坡时颠簸严重，会对航天员的安全构成威胁，而且过度地颠簸也会对月球车本身的部件和结构产生威胁。
(3)故障应急方案不完善。
如果没有故障应急措施，航天员的舱外活动被限制在在距离着陆舱 5 km 的范围内，以确保能够步行回舱[4]。
月球上的环境十分极端，在驾驶时的容错率也尤为关键。
4载人月球车设计实例分析月球漫游车（LRV ）是一种电动车辆，设计用于在月球的低重力真空中运行，能够穿越月球表面，使阿波罗号的宇航员能够扩大他们的地表外活动范围。
三辆漫游车在月球上行驶，每个漫游车被使用三次，每天一次，每次任务持续三天[5]。
4.1载人月球车的结构月球漫游车的质量为210kg ，可在月球表面再承载490kg 的载荷。
车架长4.1m ，轴距2.3m 。
最高高度为1.14m 。
车架由铝合金2219管焊接组件组成，车架由3部分底盘组成，车架中心铰接，可折叠悬挂在登月舱第1舱。
它有两个并排的可折叠座椅，由管状铝制成，配有尼龙带和铝制地板。
座位之间安装了扶手，每个座位都有可调节的脚凳和尼龙搭扣安全带。
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2.1 背景
进入 21 世纪以来, 人类又迎来了月球探测的新高潮, 为此许多国家都在积极 开发月球探测车关键技术。我国也先后公布了探月的详细计划, 并初步规划于 2012 年向月球发送一辆探测车。为此国内许多科研机构都在积极开展月球探测车关键技 术研究, 特别是轮式移动系统的六轮摇臂转向架机构的研制和设计,成为月球探测 车研制工作的热点和难点。六轮摇臂转向架机构星球探测车首先由美国设计并成功 发送到火星上, 已开展了探测任务。该机构虽然设计简单, 却具有良好的力学特性。 那么如何设计摇臂转向架的机构参数来提高车体的力学性能, 成为月球探测车研 制的关键问题。
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设计原理与方法 2—月球车行走系统设计与分析
4.2 仿真各参数数据统计表 .......................................................................................... 17 4.2.1 车体质心的数据表 ........................................................................................ 17 4.2.2 车轮的受力数据表 ........................................................................................ 20
(4) 机械系统主要尺寸参数设计计算（主要环节的运动尺寸，传动比，转速， 转矩，功率等）；【注；不必进行传动机构的工作能力计算】
(5) 机械系统结构设计：构建三维模型【软件自定】，截取三维模型图片若干 张，绘制二维装配图 1 张和关键零件工作图 3 张；
(6) 分别针对直行及转弯过程，建立各轮转角参数关系和力学关系（位移分 析和受力分析）；
美国先后设计的六轮摇臂转向架系列探测车是根据不同阶段确定的不同设 计目标来完成对机构参数及结构的调整和优化。比如早期设计的 So journer, 设 计目标是地面的通过能力、灵活的机动性能、越障性能和机构的收拢展开功能; 在设计 Rocky 7 时, 为了使控制更加简单可靠, 优化设计了转向架的机构参数, 调整转向架上两个车轮布置的间距, 摇臂相对增长;而 Spirit 和 Opportunity 在设计的目标上增加了摇臂在结构上的减震要求, 要求在火星表面, 车体在掉 入沟坑时, 车体冲击负载小于 6g, 在此基础上完成对摇臂的机构尺寸和结构的 优化。 到目前为止美国设计的摇臂转向架探测车都是用于火星探测的,并不完全 适合月面探测车的设计要求, 可以进行适当的改进来完成月球车六轮摇臂转向 架机构的优化设计。
张（0 号）、零件图纸 3 张（3 号或 4 号）。 (2) 电子版文档—— ①设计报告（应合成为 word 2003 版本的 1 个 doc 文
件）；②二维设计图纸的电子版源文件（dwg 等）；③二维设计图纸的 pdf 文件；④三维设计模型、仿真模型的截屏图片至少 6 张（jpeg）；⑤运动 过程仿真的视频文件（mp4，wmv 等常用格式）1 个。
二、设计背景与原理 .................................................... 6
2.1 背景 ............................................................................................................................ 6 2.2 月球车机构原理 ......................................................................................................... 7
3.3.1 月球车驱动电机选择 ..................................................................................... 9 3.3.2 月球车前进轮设计 .......................................................................................... 9 3.4 月球车差速器设计 ................................................................................................... 12 3.4.1 差速器的悬挂系统 ........................................................................................ 12 3.4.2 差速器的自由度 ............................................................................................ 12 3.4.3 差速器的运动分析 ........................................................................................ 13 3.4.4 差速器输入轴的设计 ................................................................................... 13 3.5 月球车总体设计 ...................................................................................................... 14 3.5.1 月球车三维模型图:....................................................................................... 15
4.4 仿真总结与反思 ....................................................................................................... 22
五、心得体会 .............................................................. 23 六、参考文献 .............................................................. 25
(7) 构建月面模型，基本要求：平面；更高要求：复杂曲面【形状自定】【ADAMS 软件】 ；
(8) 月球车行走系统三维仿真建模与参数设置【ADAMS 软件】，截取仿真图 片若干张；iple and Method of Design
(9) 设定月球车行走路径，进行运动学仿真，获取质心位置坐标及速度、加 速度的变化规律，车身相对质心转角参数及角速度、角加速度的变化规 律，各电机转角、角速度、角加速度的变化规律；
设计原理与方法 2—月球车行走系统设计与分析
设计原理与方法Ⅱ
--月球车行走系统设计与分析
学生学号：02011310 学生姓名：石卓 指导老师：钱瑞明 完成日期：2014 年 6 月 27 日
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设计原理与方法 2—月球车行Байду номын сангаас系统设计与分析
摘要
近年来，月球探测工程越来越成为世界关注的工程，而月球车是月球探测工 程的重要组成部分,也是实现月球探测目标不可缺少的重要媒介。月球车已经成 为国内外行星探测机构研究的一个热点。本篇文章针对月球的复杂地形环境,利 用 solidworks 软件、ADAMS 软件建立六轮摇臂- 转向架式月球车的三维仿真模 型,对其进行动力学仿真分析,获得月球车各部件和整车的动力学特性曲线,为月 球车控制系统的设计与数值计算提供理论依据.同时也建立各轮转角参数关系和 力学关系并研究月球车的越障能力。 关键字：月球车 六轮摇臂 adams软件
四、月球车仿真运动分析 .......................................... 17
4.1 模拟路况的建立 ....................................................................................................... 17
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设计原理与方法 2—月球车行走系统设计与分析
目录
一、设计任务及要求 .................................................... 5
1.1 设计任务..................................................................................................................... 5 1.2 提交要求..................................................................................................................... 5
4.3 数据分析 .................................................................................................................. 22 4.3.1 质心参数分析 ............................................................................................... 22 4.3.2 车轮受力参数分析 ....................................................................................... 22