深空探测用好奇号火星车行走轮结构

　　深空探测场景下的行星表面巡视设备行走轮，和常规地面车辆轮胎的设计逻辑存在本质差异，这类轮体需要同时兼顾低重力环境下的抓附能力、极端温差下的结构稳定性、微小载荷下的形变缓冲能力，还要避免尖锐星壤颗粒对轮体造成穿刺损伤，同时要尽可能控制自身重量，匹配巡视器有限的载荷配额。这款轮体的设计参考了实际在轨应用的好奇号火星车轮构型，整体采用非充气式的镂空辐条搭配外置胎面的结构，完全规避了充气轮胎在真空、极端温差环境下的漏气、爆胎、橡胶老化失效风险。从安装边界来看，轮体中心的安装法兰采用多螺栓孔位布局，中心定位孔直径500mm，可直接匹配巡视器行走驱动轴的输出端安装尺寸，安装面的平面度公差控制在0.1mm以内，

　　保证轮体转动时的端面跳动量符合行走机构的精度要求，避免行驶过程中出现额外的偏载力矩，增加驱动电机的负载损耗。轮体的外缘胎面宽度为400mm，胎面整体直径在包含外缘凸起履刺的状态下为465mm，这个尺寸比例是经过多轮星壤通过性仿真验证的，在火星表面松散的风化层、砾石混合地形下，既可以保证足够的接地面积降低接地比压，避免轮体过度下陷增加行驶阻力，又能控制轮体的整体转动惯量，降低驱动机构的启停扭矩要求。胎面部分采用分段式的人字形履刺凸起设计，履刺高度为7mm，这种构型在轮体正向转动行进时，履刺可以顺畅切入松散星壤表层，提供足够的前进牵引力，在轮体越过小型砾石障碍时，凸起的履刺可以和砾石表面形成多点咬合接触，避免轮体出现打滑空转；

　　同时人字形的排布方式可以在轮体转动过程中自动将附着在胎面缝隙间的星壤颗粒甩出，避免细颗粒在胎面纹路内堆积板结，影响抓附效果。轮体的主体承力结构采用镂空式的辐条设计，辐条采用变截面的弧形构型，单根辐条的根部厚度为7mm，向轮缘方向逐渐过渡收窄，这种设计既可以通过弧形结构的弹性形变吸收行驶过程中遇到障碍时的冲击载荷，起到类似地面轮胎的缓冲减震作用，保护内部的驱动机构和轴系部件不受刚性冲击损坏，又能通过镂空结构最大程度降低轮体的自身重量，相比同尺寸的实心轮体结构重量降低60%以上，非常契合深空探测任务对部件重量的严苛要求。在结构加强设计上，轮体内侧和外侧的边缘位置都设置了连续的加强筋结构，加强筋距离轮体外缘的距离为133.2mm，

　　筋条厚度为0.75mm，同时在胎面的内侧对应每一条履刺的位置都设置了径向的加强灌胶结构，相邻灌胶点的间距为65mm，这些加强结构可以避免轮体在受到侧向载荷、或者跨越尖锐岩石障碍时出现轮体变形、辐条失稳的问题，提升轮体整体的抗疲劳寿命，满足长里程巡视行驶的结构强度要求。值得注意的是，轮体外侧胎面的表面复刻了实际好奇号车轮上的莫尔斯电码标记，这些标记在实际工程应用中除了标识作用外，还可以作为行驶过程中的视觉里程计标记，通过车载相机拍摄轮体转动时标记的位置变化，辅助计算巡视器的实际行驶里程和滑移率，修正惯性导航系统的累计误差，提升星球表面无GPS环境下的定位精度。这类非充气式镂空轮的设计思路，除了应用在深空探测的行星巡视车上，也可以拓展应用到地面的极端环境作业设备上，比如沙漠勘探设备、极地科考车辆、灾后废墟搜救机器人等场景，这类场景下常规充气轮胎容易出现爆胎、漏气、被尖锐物穿刺的问题，而这种镂空结构的非充气轮可以在免维护的状态下长期稳定工作，同时具备优秀的越障和抓附能力。在建模过程中，这类轮体的结构需要重点关注辐条的曲面顺滑度，避免应力集中点的出现，所有的结构转角位置都需要设置合理的圆角过渡，同时要对安装法兰的孔位位置度、轮体的整体动平衡精度进行校核，保证轮体在高速转动状态下不会出现额外的振动，影响驱动机构的使用寿命。