案例 | 火星漫游车的多体仿真

DIANA团队与太空机器人技术的前沿探索与迭代发展


引言

DIANA团队，作为都灵理工大学的一支杰出学生团队，投身于太空应用机器人的研究与开发领域，其愿景在于提升太空机器人技术到新的高度，并创造一个互动式的学习平台。自2008年成立以来，团队致力于技术创新，成功为谷歌Lunar XPrize大赛带来了月球任务车辆Amalia和T0R0（图1），以及在2018年波兰欧洲漫游车挑战赛中参与展示的火星任务车辆T0R0原型。近年来，团队不仅深化了火星漫步车的研发，还设计并参与了2019年欧盟漫游车挑战赛测试的新样车。

太空机器人的设计挑战与解决方案：以T0R0为例




要深入探讨太空机器人领域的技术挑战与解决方案，以DIANA团队的研发案例T0R0为基础。

1. 设计挑战与环境不确定性的应对

火星漫游车的开发面临的最大挑战之一是其所要服务的环境的不确定性。火星表面覆盖着质地多变的土壤，加之可能遇到的岩石、障碍物和不规则路径，对漫游车的行走系统提出了严峻考验。在这种未知的背景下，设计出能够适应复杂地形的健全行走系统是首要任务。

2. 多体仿真技术的应用

对于T0R0，团队运用了先进的多体仿真技术，特别是在无模型仿真平台Adams中。该步骤通过模拟最恶劣的火星土壤条件来进行虚拟研究，确认了所需的电机型号、传动系统尺寸及悬架弹簧设计。模拟过程允许研究团队根据不同参数的变化对漫游车动态表现的影响，从而实现精细化的设计调整。

3. 确保良好的地面适应性与移动性

通过整合Adams工具，构建了一套针对软土路面上的行走测试模型，该模型验证了漫游车的有效载荷稳定性和移动效率。电子元件、计算机与电池等装备能够在机械稳定性和动力性之间达到最优平衡。

4. 进一步探索与迭代：现代转向系统的设计

在初步设计阶段获得的经验基础上，DIANA团队开始了对转向更加灵活且适应多地形的火星车的研究。新型车辆引入了转向轮（图5），以提高在实际任务执行中的机动性。使用Adams工具研究新型转向机构的几何结构，进一步优化了车辆在遇到障碍物或不规则路障时的动态响应并提高了自主导航能力。

技术与工业伙伴关系：优飞迪科技的贡献

此外，深圳市优飞迪科技有限公司作为一项提供数字化孪生、工业软件以及时空技术开发综合解决方案的国家级高新技术企业，与DIANA团队有着紧密合作。优飞迪科技长期专注于数字孪生技术、工业软件尤其是仿真技术、物联网技术的开发，不仅能以其丰富的实践经验为类似的太空机器人项目提供有力支持，还能利用其与国际和国内头部工业软件厂商的深厚合作来优化产品开发平台的集成度和解决方案的创新性。

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