学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于Vortex的月球车移动性能仿真与评价

作　者: 贾彦辉
导　师: 高海波
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 月球车移动性能轮地作用力学模型 Vortex仿真平台高保真度
分类号: V476.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 40次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

月球车移动性能虚拟仿真在月球车的评价、测试过程和未来的遥控探测过程中有着举足轻重的地位,而仿真的保真度和实时性则是评价仿真平台的两项非常重要的指标。为了提高月球车移动性能虚拟仿真的保真度,必须从轮地相互作用力学模型出发,开发具有高保真度的地面力学模块;提高仿真平台的实时性,则需要对动力学/运动学求解进行优化,选用快速的动力学求解引擎,这样才能保证仿真平台的高保真度和实时性。出于这种考虑,本论文构建了基于月球车轮地力学模型的移动性能仿真平台。本论文进行了月球车移动性能仿真平台的总体设计及实现。该仿真平台基于Vortex动力学仿真引擎,主要实现月球车仿真模型和月面地形仿真模型的构建,轮地力学模型的实现、月壤力学特性参数修正、仿真数据的输出存储以及移动性能的评价六个功能模块;进行了月表地形通用建模方法的研究。基于对月球的真实环境的分析,简化月面地形,抽象出月面仿真地形的几种典型工况,并建立了各典型工况的数学模型,同时为了完善月面地形生成器的体系结构,提出了三种具有特定功用的组合地形和随机地形的构建方法,利用Matlab和3DMax分别创建月面地形的物理模型和场景模型,实现月面各种典型工况下仿真地形的构建;实现了Vortex仿真环境中轮地相互作用力学模型的二次开发,编写轮地作用区域求解和轮地相互作用力学求解子函数,调用月球车仿真模型和月面仿真地形,设定月壤力学特性参数,整合动力学仿真引擎,完成了月球车移动性能仿真平台的构建,实现了在松软崎岖地形中的移动性能仿真;基于地面力学知识进一步改进了月球车在典型工况下的移动性能评价体系,完善了月球车移动系统通过性、可操纵性和地面适应性指标体系;利用月球车移动性能仿真平台,进行了月球车的平面地形、爬坡性能、曲面地形、越障性能及在随机地形中的仿真,结合评价指标,在满足一定滑转率指标的前提下,对月球车最大爬坡角度和最大越障高度等性能进行了综合评价。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-17
  1.1 引言  10
  1.2 课题背景、来源及研究意义  10-11
  1.3 国内外在该方向的研究现状  11-16
    1.3.1 国外研究现状  11-13
    1.3.2 国内的研究现状  13-16
  1.4 本课题的主要研究内容  16-17
第2章基于Vortex月球车移动性能仿真平台的构建  17-28
  2.1 引言  17
  2.2 Vortex实时交互式动力学仿真系统平台简介  17-19
  2.3 月球车移动性能仿真平台的总体结构  19-21
    2.3.1 构建仿真平台的必要性  19
    2.3.2 仿真平台应具备的功能  19-20
    2.3.3 仿真平台的体系结构  20-21
  2.4 月球车模型生成器的构建  21-25
    2.4.1 月球车总体构型  21
    2.4.2 月球车模型生成器的构建  21-25
  2.5 动力学与运动学仿真  25-26
  2.6 数据输出的实现和处理  26-27
  2.7 本章小结  27-28
第3章月面仿真地形构建  28-45
  3.1 引言  28
  3.2 月球的地形地貌  28-31
  3.3 月面典型地形的数学模型  31-39
    3.3.1 平面数学模型的建立  31-32
    3.3.2 坡面数学模型的建立  32-33
    3.3.3 曲面数学模型的建立  33
    3.3.4 撞击坑数学模型的建立  33-35
    3.3.5 岩石数学模型的建立  35-37
    3.3.6 月面撞击坑统计模型  37-38
    3.3.7 月面岩石统计模型  38-39
  3.4 月面地形仿真模型的实现  39-44
    3.4.1 月面地形生成器的实现方法  40-41
    3.4.2 月面典型地形的仿真模型  41-42
    3.4.3 岩石撞击坑随机分布的仿真模型  42
    3.4.4 月面组合地形的仿真模型  42-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章地面力学模块的二次开发  45-56
  4.1 引言  45
  4.2 轮地相互作用力学模型简介  45-49
    4.2.1 轮地相互作用力学传统模型  45-46
    4.2.2 车轮滑转前进力学模型  46-47
    4.2.3 月球车轮地相互作用简化模型  47-48
    4.2.4 崎岖地形月球车轮地相互作用模型  48-49
  4.3 轮地力学模块的二次开发  49-54
    4.3.1 轮地作用区域求解  49-51
    4.3.2 轮地相互作用力计算  51-52
    4.3.3 轮地力学功能模块的实现  52-53
    4.3.4 实验验证  53-54
  4.4 基于Vortex的月球车移动性能仿真平台的实现  54-55
  4.5 本章小结  55-56
第5章月球车移动性能仿真与评价  56-76
  5.1 引言  56
  5.2 月球车移动性能指标体系研究  56-62
    5.2.1 月球车移动系统通过性能指标及体系分析  56-58
    5.2.2 月球车移动系统可操纵性指标及体系分析  58-59
    5.2.3 月球车移动系统地面适应性指标及体系分析  59-61
    5.2.4 月球车移动系统性能指标评价体系  61-62
  5.3 典型工况下月球车移动性能仿真及评价  62-74
    5.3.1 平面地形仿真分析  62-64
    5.3.2 坡面地形仿真分析  64-69
    5.3.3 曲面地形仿真分析  69-71
    5.3.4 越障仿真分析  71-74
  5.4 随机地形中月球车移动性能仿真  74-75
  5.5 本章小结  75-76
结论  76-77
参考文献  77-81
致谢  81

基于Vortex的月球车移动性能仿真与评价

内容摘要

全文目录

相似论文