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由于月球表面特殊的环境如:松软月壤,复杂的地形以及低重力环境,难以在地球上搭建和月面环境相似的实验场地。因此需要开发可视化的仿真实验平台模拟月面巡视器在月球表面的一系列行为,从而帮助科研人员更好的来改进和完善巡视器的各项性能。本文针对月面巡视器动力学仿真系统进行了以下几个方面的研究: 首先,探讨了月壤特殊的物理特性及力学特性,采用经典的Bekker轮—地承压模型对车轮与地面的受力进行了分析,依据Karl Iagnemma提出的三个假设对经典的承压模型做了相应的简化并推导了车轮与地面之间的相互作用力。采用力学平衡的基本原理,分析了月球车摇臂、转向架和车轮的受力情况,重点对单个车轮的受力进行了分析,建立了力学平衡方程组获取了轮—地接触角的值。 其次,从刚体动力学最基本的旋量理论出发,介绍了运动旋量和力旋量并推导了牛顿—欧拉方程在世界坐标系下的一般形式。分析了刚体力学中各个关节的基本约束模型,根据这些关节在巡视器动力学模型中的分布特点并结合轮地相互作用,提出了一种基于轮土力学和牛顿—欧拉方程相结合的动力学分析建模方法,弥补了多体系统建模的不足。针对接触关节中的两种接触约束:无摩擦接触和静摩擦接触,分别采Dantzig LCP算法及扩展Dantzig LCP算法对其求解,实现对Coloumb摩擦力模型的快速逼近。 最后,依据D—H坐标系的表示方法,建立了月面巡视器的运动学模型。由于巡视器行驶缓慢,把其看成静态,由此获得了简化的车轮雅克比矩阵并采用逆运动学的方式求得了各个车轮的转动速度。依据巡视器所有转向轮的瞬时转向中心相交于一点,求取了巡视器各转向轮的协调转向角。针对车轮滑移率过大的情况,在滑移率控制中引入了滑移率补偿项,通过设计模糊控制器实现了对滑移率补偿项的模糊控制,构建了具有滑移率补偿的闭环牵引控制系统,相比无滑移率补偿的牵引控制系统其具有更好的跟踪性和鲁棒性,有效的实现对巡视器期望的车体速度及角速度的实时跟踪,仿真实验证实了该系统的有效性。