載人月球車單輪月面直線加速行駛的模擬算法

梁忠超,王永富,金 馬,高海波,鄧宗全

(1. 東北大學機械工程與自動化學院，沈陽 110819；2. 哈爾濱工業(yè)大學機器人技術與系統(tǒng)國家重點實驗室，哈爾濱 150080)

?

載人月球車單輪月面直線加速行駛的模擬算法

梁忠超1,王永富1,金 馬2,高海波2,鄧宗全2

(1. 東北大學機械工程與自動化學院，沈陽 110819；2. 哈爾濱工業(yè)大學機器人技術與系統(tǒng)國家重點實驗室，哈爾濱 150080)

當載人月球車(LRV)的車輪在地面與月面使用相同的驅(qū)動方式時，重力加速度的不同會導致其產(chǎn)生完全不同的直線運動加速度。針對上述問題，以單個車輪為研究目標，首先建立車輪垂直載荷、掛鉤牽引力、驅(qū)動力矩的力學模型，分析月面與地面重力條件下能夠產(chǎn)生相同直線加速度的車輪運動條件，然后推導同直線加速度運動時車輪力矩驅(qū)動的模擬算法。最后，對比月面、地面采用模擬算法、地面不采用模擬算法的三種情況下單個車輪直線加速度，驗證模擬算法。計算結(jié)果表明：采用模擬算法驅(qū)動的地面車輪在與月面同質(zhì)量或同垂直載荷情況下均可保持相同的直線運動加速度，而不使用模擬算法的地面車輪無法獲得相同的直線加速度。

載人月球車；地面力學；直線加速；模擬算法

0 引 言

月球是距離地球最近的天體，月球探測是人類對于外天體探測的第一步。由于月面具有豐富的空間資源和礦物資源[1-3]，因此月球探測在政治、軍事、科技和經(jīng)濟等方面具有重大意義。中國已開展了各項月球探測活動，并將月球探測活動分為“繞、落、回”三個階段，計劃于2030年后實現(xiàn)月球探測的“駐”月階段[4-5]。

載人月面探測是建立月球基地的基礎[6]，載人月球車作為宇航員所使用的探測工具，它既可以擴大宇航員月面探測范圍，也可以擴展宇航員的月面執(zhí)行任務能力，還可以降低宇航員的月面工作強度[7-8]。但是由于月面具有低重力、真空等特點[9]，宇航員在月面駕駛載人月球車時比在地面條件下具有更高的難度和更大的工作強度。因此，在地面條件下預先對宇航員進行相關的訓練，展開相關的地面模擬月面的實驗具有很重要的意義。

地面重力加速度約是月面的6倍，如果在地面進行實驗的模擬車與月面的載人月球車具有相同質(zhì)量時，地面模擬車的車輪垂直載荷將是月面載人月球車車輪的6倍，此時若采用相同的車輪驅(qū)動力矩，將無法產(chǎn)生相同的掛鉤牽引力，最終導致無法產(chǎn)生相同的直線加速度。如果在地面進行實驗的模擬車是月面載人月球車質(zhì)量的1/6時，車輪垂直載荷相同，此時若采用相同的車輪驅(qū)動力矩，雖然可以產(chǎn)生相同的掛鉤牽引力，但是由于質(zhì)量的不同，也無法產(chǎn)生相同的直線加速度。

目前在地面條件下模擬月面載人月球車進行實驗的方法主要有兩種：質(zhì)量等效法[10]和懸掛重力補償法[11-13]。其中質(zhì)量等效法是在地面條件使用模擬車的質(zhì)量為月面載人月球車質(zhì)量的1/6，從而獲得相同的車輪垂直載荷。該方法在地面與月面使用相同的車輪驅(qū)動力矩時，可獲得相同的掛鉤牽引力，但是由于質(zhì)量的不同，無法獲得相同的直線行駛加速度。懸掛重力法是將完全相同的載人月球車懸掛起來，通過鋼絲的拉力，平衡和補償約5/6的重力，最終實現(xiàn)與月面車輪相同直線運動加速度。但是這種方法受到了場地的限制，并且懸掛鋼絲的恒定拉力也較難控制。

在地面條件使用模擬車模擬月面條件載人月球車的直線加速運動，對于駕駛員來說就是在地面和月面都采用同樣的操縱桿輸入，能夠獲得相同的直線行駛加速度。即駕駛員不管在地面還是月面，均使用操縱輸入uA時，能夠獲得

aL=aE

式中：aL為月面載人月球車直線運動加速度,aE為地面模擬車直線運動加速度。

為了克服質(zhì)量等效法和非懸掛法的局限性，以單個車輪為研究對象，推導模擬算法控制和改變地面車輪的驅(qū)動力矩，在地面模擬車與月面載人月球車相同質(zhì)量或相同垂直載荷的情況下，實現(xiàn)對月面載人月球車直線行駛模擬的目標。

1 車輪直線運動的力學模型

根據(jù)Bekker提出的承壓模型，車輪-土壤作用面的平均正壓力為[7-8]

σ=(kc/b+kφ)zn

(1)

式中：σ為壓板下部平均法向應力，b為壓板的短邊長度或半徑，kc為內(nèi)聚力變形模量，kφ為摩擦變形模量，n為沉陷指數(shù)，z為壓板下陷量。

車輪下方所受到的剪切應力，根據(jù)Janosi的土壤剪切模型，土壤的剪應力與剪切位移存在如下關系[7-8]

τ=τmax(1-e-j/j0)=(c+σtanφ)(1-e-j/j0)

(2)

式中：c為土壤內(nèi)聚力，φ為內(nèi)摩擦角，j0為剪切變形模量。

定義車輪的掛鉤牽引力

(3)

式中：T為車輪驅(qū)動扭矩，Tf為壓縮土壤時產(chǎn)生的阻力矩。從式(3)可以看出，掛鉤牽引力為車輪驅(qū)動扭矩克服壓縮土壤的阻力矩后所產(chǎn)生的牽引力，只有當T大于Tf時車輪才可能產(chǎn)生直線加速度。

根據(jù)車輪的幾何關系，

z=r(1-cosθ1)

(4)

j=r[(θ1-θ)-(1-s)(sinθ1-sinθ)]

(5)

式中：r為車輪的有效半徑；θ1為車輪的進入角，同時也是沉陷量參數(shù)；j為土壤的剪切變形；s為車輪的滑轉(zhuǎn)率。

車輪在行進過程中，由于滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象，車輪的正壓力分布的峰值并不在其正下方，而是產(chǎn)生角度θm角度的偏移[14]，

(6)

式中：c1和c2為最大應力角系數(shù)。

根據(jù)Wong-Reece的正應力分布模型[15]，可得車輪的垂直載荷、掛鉤牽引力、驅(qū)動力矩的計算式：

(7)

(8)

(9)

式中：θ2為車輪離去角，且有θ2=-0.125θ1。

2 相同加速度的車輪運動條件

根據(jù)被動滑轉(zhuǎn)原理[16-17]，當已知土壤參數(shù)時，可將式(7)～(9)的三個方程轉(zhuǎn)化為沉陷量參數(shù)θ1和滑轉(zhuǎn)率s的函數(shù)方程。則當載人月球車在月面行駛時，其車輪垂直載荷為WL，掛鉤牽引力為FDPL，驅(qū)動力矩為TL，可以得到在月面重力條件沉陷量參數(shù)θ1L和滑轉(zhuǎn)率sL的函數(shù)方程，即

(10)

同理可得

(11)

式中：對于地面條件下的單個車輪，WE為垂直載荷；FDPE為掛鉤牽引力；TE為驅(qū)動力矩；θ1E為沉陷量參數(shù)；sE為滑轉(zhuǎn)率。

定義月面和地面條件下載人月球車的直線加速度比值ia，根據(jù)牛頓第二定律可得

(12)

式中：mL和mE分別為月面和地面條件下載人月球車單輪的等效載荷質(zhì)量。

根據(jù)式(12)，地面模擬月面的直線行駛加速度的目的就是令ia的取值為1。下面分兩種情況討論該比值，具體如下：

1)當?shù)孛娌捎玫哪M車質(zhì)量為月面載人月球車的1/6時，可獲得相同的車輪垂直載荷。若采用相同車輪驅(qū)動扭矩，根據(jù)式(10)和式(11)，可以獲得相同的掛鉤牽引力。根據(jù)以上關系，可得

(13)

將式(13)代入式(12)，可得ia=1/6?？梢钥闯?，此時雖然可以獲得相同的掛鉤牽引力，但是由于質(zhì)量的改變，并無法獲得相同的直線行駛加速度。

2) 當質(zhì)量相同時，由于地面重力約是月面的6倍，地面車輪垂直載荷是月面的6倍，此時若采用相同的車輪驅(qū)動扭矩，根據(jù)式(10)和式(11)，獲得的車輪掛鉤牽引力不相等。根據(jù)以上關系，可得

(14)

將式(14)代入式(12)，可得ia≠1?？梢钥闯?，當質(zhì)量相同時，垂直載荷不同，相同驅(qū)動扭矩會產(chǎn)生不同的掛鉤牽引力，導致無法獲得相同的直線行駛加速度。

因此，針對以上兩種情況，需要對車輪的驅(qū)動扭矩進行改變和控制，才能實現(xiàn)ia= 1的模擬。

3 單輪的月面運動模擬算法

本文不考慮車輪的電機模型和內(nèi)部摩擦力矩等。定義uA為宇航員的直線駕駛輸入，為了在地面條件下模擬月面的載人月球車直線加速特性，應該在不同重力條件下都使用相同的駕駛輸入，以月面的車輪驅(qū)動力矩為模擬目標，則有：

uA=TL

(15)

對于月面條件下行駛的載人月球車，根據(jù)式(10)，將式(15)作為輸入，可得如下方程

(16)

在月面條件下，式(16)中，車輪的物理參數(shù)寬度b和半徑r可較容易測得；對于車輪與土壤間的正壓應力函數(shù)σ1L和σ2L、剪切應力函數(shù)τ1L和τ2L，其中的土壤參數(shù)可以通過標準的土壤壓板實驗獲得；車輪的垂直載荷WL可根據(jù)載人月球車的整車質(zhì)量、質(zhì)心位置、月面重力加速度得到；車輪的驅(qū)動力矩TL，可根據(jù)式(15)的駕駛員輸入獲得。因此，式(16)只含兩個未知變量sL和θ1L，將以上已知參數(shù)代入式(16)可得{sL,θ1L}。

將{sL,θ1L}代入如下方程

FDPL=

(17)

通過式(17)可求得FDPL的值。

在利用式(16)和式(17)的求解過程中可以看

出，在月面條件下，當駕駛員使用操縱桿做出uA的操縱輸入時，相應的對車輪施加TL的驅(qū)動力矩，此時車輪在月壤上產(chǎn)生一定的沉陷量θ1L和滑轉(zhuǎn)率sL，最終使車輪產(chǎn)生掛鉤牽引力FDPL。

對于地面條件下行駛的模擬車，為了實現(xiàn)前進加速度的模擬，應有ia= 1。根據(jù)式(12)，可得月-地條件下同直線加速度時的掛鉤牽引力關系，如下所示：

(18)

將式(17)中FDPL的計算結(jié)果代入式(18)，可獲得地面條件下模擬時的車輪掛鉤牽引力FDPE。利用地面條件下的車輪垂直載荷WE和掛鉤牽引力FDPE，根據(jù)式(11)，可得

(19)

與求解式(16)的過程類似，在地面條件下，車輪的物理參數(shù)b和r(月面和地面的車輪結(jié)構相同)、車輪與土壤間的正壓力函數(shù)σ1E和σ2E、剪切應力函數(shù)τ1E和τ2E、車輪的垂直載荷WE，以上參數(shù)均可作為已知參數(shù)。另外，與式(16)求解過程不同的是，車輪的驅(qū)動力矩TE為后面所需求解的參數(shù)，而此時FDPE為利用式(18)獲得的已知參數(shù)，同時該參數(shù)也是地面模擬時車輪需要產(chǎn)生的掛鉤牽引力。因此，式(19)中同樣只含有兩個未知變量sE和θ1E，將以上已知參數(shù)代入式(19)可得{sE,θ1E}的值。

將{sE,θ1E}的值代入如下方程

(20)

通過計算，可獲得模擬月面條件下車輪直線加速度時需要在地面條件下對車輪施加的驅(qū)動力矩TE。

從式(19)和式(20)的求解過程中可以看出，為了獲得與月面相同的直線行駛加速度，需要產(chǎn)生滿足式(18)關系的車輪掛鉤牽引力FDPE。因此，式(19)和式(20)中對TE的求解，是基于式(16)和式(17)的求解結(jié)果FDPL所獲得的。所以，對于宇航員來說，在地面條件下使用同樣的操縱輸入uA，通過求解式(15)～(20)，可得地面模擬時所需使用的車輪驅(qū)動力矩TE。

因此，基于式(15)～(20)的求解過程可獲得地面模擬月面單輪直線加速的模擬算法，其求解過程如圖1所示。首先，駕駛員對車輪使用加速操縱輸入uA，利用式(16)求得{sL,θ1L}，將其代入式(17)，計算獲得FDPL的值。然后，將FDPL代入式(18)，可以獲得在地面模擬月面車輪的直線加速時，車輪所需產(chǎn)生的掛鉤牽引力FDPE。最后，將FDPE代入式(19)，求得{sE,θ1E}，再將其代入式(20)，通過計算可以得到地面模擬時所需的車輪驅(qū)動力矩TE。

4 模擬算法校驗

從式(3)可以看出，車輪的輸出力矩T需要大于壓土力矩Tf時，才能產(chǎn)生掛鉤牽引力FDP。因此，采用如下車輪的扭矩輸入函數(shù)：

(21)

式中：Tmin是為了克服壓土阻力所選取的最小車輪力矩，Tmax為最大車輪力矩。

在地面條件下，通常采用兩種方式來模擬載人月球車的月面行駛，即相同質(zhì)量和相同車輪載荷(1/6質(zhì)量)。車輪的土壤參數(shù)如文獻[16]所示，車輪r= 0.4 m，b= 0.23 m。

當月-地載人月球車具有相同質(zhì)量，即mL= 174.75 kg，mE= 174.75 kg時，對以下三種情況的車輪驅(qū)動力矩T、掛鉤牽引力FDP、直線加速度a進行計算和對比：1)月面條件下的單輪直線加速運動；2)地面條件下采用圖1中模擬算法的單輪直線加速運動；3)地面條件下直接使用與月面相同車輪力矩的直線加速運動。當車輪最小力矩Tmin=20 N·m，車輪最大力矩分別為Tmax= 80 N·m和Tmax= 50 N·m時，計算結(jié)果分別如圖2和圖3所示。

圖2和圖3為采用等質(zhì)量的模擬方法，此時只要產(chǎn)生相同的車輪掛鉤牽引力即可產(chǎn)生相同的直線加速度。從圖2(a)和圖3(a)可以看出，此時由于地面的重力約是月面的6倍，車輪更大的垂直載荷需要使用更大的驅(qū)動扭矩才能獲得相同的掛鉤牽引力。從圖2(b)和圖3(b)可以看出，月面條件與地面模擬車輪的掛鉤牽引力幾乎完全重合，而地面非模擬情況中，車輪掛鉤牽引力的理論值為負值，這說明此時采用與月面相同的車輪力矩時，由于力矩較小而無法克服土壤的壓土力矩，因此無法產(chǎn)生凈掛鉤牽引力。相應地，從圖2(c)和圖3(c)可以看出，月面條件與地面模擬的單輪直線加速度幾乎完全相同，而地面非模擬情況下，由于不能產(chǎn)生前進掛鉤牽引力，單輪并不能產(chǎn)生直線運動，即直線加速度為0。

當月-地載人月球車采用同垂直載荷模擬(1/6質(zhì)量)時，mL=174.75 kg，mE=29.13 kg。同樣對上述三種情況車輪的驅(qū)動力矩T、掛鉤牽引力FDP、直線加速度a進行計算和對比。當車輪最小力矩Tmin=20 N·m，車輪最大力矩分別為Tmax=80 N·m和Tmax=50 N·m時，計算結(jié)果分別如圖4和圖5所示。圖4和圖5為相等車輪垂直載荷的模擬方法，這種方法也是地面條件下最常使用的。從圖4(a)和圖5(a)可以看出，此時由于較小的質(zhì)量，為了產(chǎn)生相同的直線加速度時，地面模擬時僅需要較小的車輪力矩。

從圖4(b)和圖5(b)可以看出，采用地面模擬的車輪等效載荷質(zhì)量是月面的1/6，因此地面模擬時的掛鉤牽引力是月面的1/6就可以產(chǎn)生相同的直線加速度。地面非模擬時，由于地面車輪垂直載荷和驅(qū)動力矩均與月面相同，能夠產(chǎn)生相同的掛鉤牽引力。從圖4(c)和圖5(c)可以看出，月面條件與采用模擬方法的地面條件的車輪可產(chǎn)生相同的直線加速度，而地面非模擬的車輪產(chǎn)生了月面條件約6倍的車輪直線加速度。

因此，根據(jù)圖2～5的計算結(jié)果，不采用模擬方法時的地面車輪，由于月-地重力加速度的不同，與月面條件下的直線加速度具有較大的差異。而采用模擬算法驅(qū)動的車輪在地面條件下進行直線運動時，可產(chǎn)生與月面車輪相同的直線加速度。

圖2 單輪月面直線加速模擬的對比(同質(zhì)量模擬，Tmax=80 N·m)Fig. 2 Comparison of wheel linear acceleration (imitation with same mass, Tmax=80 N·m)

圖3 單輪月面直線加速模擬的對比(同質(zhì)量模擬，Tmax=50 N·m)Fig. 3 Comparison of wheel linear acceleration (imitation with same mass, Tmax=50 N·m)

圖4 單輪月面直線加速模擬的對比(同垂直載荷模擬，Tmax = 80 N·m)Fig.4 Comparison of wheel linear acceleration (imitation with same vertical load, Tmax = 80 N·m)

圖5 單輪月面直線加速模擬的對比(同垂直載荷模擬，Tmax = 50 N·m)Fig.5 Comparison of wheel linear acceleration (imitation with same vertical load, Tmax = 50 N·m)

5 結(jié) 論

基于車輪的地面力學模型，分析了月-地不同重力條件下單個車輪能夠產(chǎn)生相同直線加速度的運動條件，推導了相應的模擬算法。通過計算和分析，得到了如下結(jié)論：

1) 當月-地車輪具有相同等效質(zhì)量時，采用模擬算法驅(qū)動地面車輪，在月面分別使用最大50 N·m和80 N·m的力矩驅(qū)動時，地面分別采用157.3 N·m和186.2 N·m力矩驅(qū)動的車輪可獲得與月面車輪相同的掛鉤牽引力，并獲得相同的直線加速度。

2) 當月-地車輪具有相同垂直載荷時，采用模擬算法驅(qū)動地面車輪，在月面分別使用最大50 N·m和80 N·m的力矩驅(qū)動時，地面分別采用最大17.5 N·m和22.3 N·m力矩驅(qū)動的車輪可獲得月面車輪1/6的掛鉤牽引力，并獲得相同的直線運動加速度。

[1] Zhang T, Zhao Z, Liu S T, et al. Design and experimental performance verification of a thermal property test-bed for lunar drilling exploration[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2016, 29(5): 1455-1468.

[2] Kwon J W, Lee D, Bang H. Virtual trajectory augmented landing control based on dual quaternion for lunar lander[J]. Journal of Guidance Control and Dynamics, 2016, 39(9): 2044-2057.

[3] Saheba S M, Upadhyaya T K, Sharma R K. Lunar surface crater topology generation using adaptive edge detection algorithm[J]. IET Image Processing, 2016, 10(9): 657-661.

[4] 劉磊, 唐歌實, 胡松杰, 等. 月球探測再入返回試驗后續(xù)飛行方案研究[J]. 宇航學報, 2015, 36(1): 9-17. [Liu Lei, Tang Ge-shi, Hu Song-jie, et al. Follow-up flight scheme for the reentry test of China lunar exploration[J]. Journal of Astronautics, 2015, 36(1): 9-17.]

[5] 宋葉志, 黃勇, 胡小工, 等. 月球探測軟著陸與采樣返回段彈道確定[J]. 宇航學報, 2016, 37(10): 1157-1163. [Song Ye-zhi, Huang Yong, Hu Xiao-gong, et al. Trajectory determination for lunar probe soft landing and sampling return[J]. Journal of Astronautics, 2016, 37(10): 1157-1163.]

[6] 于登云, 葛之江, 王乃東, 等. 月球基地結(jié)構形式設想[J]. 宇航學報, 2012, 33(12): 1840-1844. [Yu Deng-yun, Ge Zhi-jiang, Wang Nai-dong, et al. Supposal for structure form of lunar base[J]. Journal of Astronautics, 2012, 33(12):1840-1844.]

[7] 梁忠超, 高海波, 閆冰, 等. 載人月球車等效側(cè)傾剛度和阻尼計算方法[J]. 機械工程學報, 2015, 51(5): 1-13. [Liang Zhong-chao, Gao Hai-bo, Yan Bing, et al. Calculation approach of the equivalent roll stiffness and damping of the lunar roving vehicle[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(5): 1-13.]

[8] 肖萬伸, 張巖. 載人月球車車輪設計及基于彈性車輪輪壤相互作用的力學模型研究. 機械工程學報, 2016, 52(10): 119-125. [Xiao Wan-shen, Zhang Yan. Design of wheel of manned lunar rover and research on terramechanics model for wheel-terrain interaction based on elastic wheel[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2016, 52(10): 119-125.]

[9] 劉志全, 王麗麗, 吳偉仁, 等. 月球鉆取采樣鉆頭結(jié)構參數(shù)對力學性能的影響[J]. 宇航學報, 2015, 36(12): 1339-1347. [Liu Zhi-quan, Wang Li-li, Wu Wei-ren, et al. Effect of structure parameters of drill bit on mechanical performances of lunar automatic drill sampling mechanism[J]. Journal of Astronautics, 2015, 36(12): 1339-1347.]

[10] Volpe R. Navigation results from desert field tests of the rocky 7 Mars rover prototype[J]. International Journal of Robotics Research, 1999, 18(7): 669-683.

[11] Paulnock R S. First interim report: preliminary design study of a lunar gravity simulator[R]. USA: Lock Heed Missile & Space Company, 1966: 1-15.

[12] Paulnock R S. Second interim report: preliminary design study of a lunar gravity simulator[R]. USA: Lock Heed Missile & Space Company, 1966: 1-15.

[13] Paulnock R S. Third interim report: preliminary design study of a lunar gravity simulator[R]. USA: Lock Heed Missile & Space Company, 1966: 1-9.

[14] Shibly H, Iagnemma K, Dubowsky S. An equivalent soil mechanics formulation for rigid wheels in deformable terrain，with application to planetary exploration rovers[J]. Journal of Terramechanics, 2005, (42): 1-13.

[15] Wong J Y, Reece A R. Prediction of rigid wheel performance based on analysis of soil-wheel stresses，part I：performance of driven rigid wheels[J]. Journal of Trramechanics, 1967, 4(1): 81-98.

[16] Liang Z C, Gao H B, Ding L, et al. Analysis of driving efficiency for LRV wheels using forced-slip method [J]. Advances in Space Research, 2014, 54(10): 2122-2130.

[17] Liang Z C, Wang Y F, Chen G, et al. A mechanical model for deformable and mesh pattern wheel of lunar roving vehicle[J]. Advances in Space Research, 2015, 56(12): 2515-2526.

通信地址：遼寧省沈陽市和平區(qū)文化路3巷11號東北大學319信箱(110819)

電話：18640288613

E-mail: liangzc@me.neu.edu.com

王永富(1969-)，男，博士，教授，主要從事電動汽車控制，模糊控制方面的研究。本文通信作者。

通信地址：遼寧省沈陽市和平區(qū)文化路3巷11號東北大學319信箱(110819)

E-mail: liangfifa@163.com

Imitation Algorithm of Single Wheel Linear Accelerating on Moon for Manned Lunar Rover

LIANG Zhong-chao1, WANG Yong-fu1, JIN Ma2, GAO Hai-bo2, DENG Zong-quan2

(1. School of Mechanical Engineering and Automation, Northeastern University, Shenyang 110819, China; 2. State Key Laboratory of Robotics and System, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China)

When the wheels of a manned lunar roving vehicle (LRV) are driven by the same torque both on the Earth and the Moon, the vehicle will produce the different linear acceleration caused by the different gravities. In view of the above questions, a single wheel is concentrated, and the force model of the vertical load, drawbar pull force, and driving torque is established. Then, by analyzing the moving condition of producing the same linear acceleration for a single wheel both on Earth and the Moon, the imitation algorithm for driving the wheel is derived. Finally, to verify the imitation algorithm, the linear accelerations of a single wheel under three conditions, including the lunar condition, the Earth condition with the imitation algorithm, and the Earth condition without the imitation algorithm, are compared. The comparison results show that the wheel on Earth driven by the torque using the imitation algorithm can produce the same linear acceleration with that of the wheel on the Moon. However, the wheel without using imitation algorithm cannot produce the same linear acceleration.

Manned lunar rover; Terramechanics; Linear accelerating; Imitation algorithm

2017-02-04;

2017-05-11

國家自然科學基金(51605082)；機器人技術與系統(tǒng)國家重點實驗室開放基金(SKLRS-2017-KF-07)；遼寧省博士科研啟動基金(201601006)；沈陽市科技基金(F16-226-6-00)

TP242

A

1000-1328(2017)07-0772-07

10.3873/j.issn.1000-1328.2017.07.000

梁忠超(1984-)，男，博士，講師，主要從事輪式移動機器人，月球車，電動汽車控制等方面研究。