主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統的製作方法

2023-06-30 18:36:01

專利名稱：主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及到行走裝置的設計領域，特指一種主動搖臂式可變菱形四輪月球車 移動系統，可適用於惡劣環境下的無人探測和礦石採集領域。
技術背景目前國內的月球探測車，基本都是採用平行布置方式的六輪行駛系統，結構相對比 較複雜，直接影響其輕量化和可靠性。另外，懸架多採用被動接地方式，其越野性能和 機動性能受到了一定的限制。對於月面環境來說，月球車要求適應不熟悉的地貌和多灰 層、微重力等獨特的月球表面行駛環境以及實現地月轉移，這對車輛的輕量化和行駛性 能有著特殊的要求。人們普遍認為輪式月球車中六輪是最優的，而傳統的四輪車儘管比 六輪結構更簡單、輕便，但由於不具備越野性而不在選擇範圍之內。若要發揮四輪車的 結構簡單和可靠性強的優勢，就必須通過新概念的創新設計提高其越野性等行駛性能。發明內容本發明要解決的問題就在於針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種結構 簡單緊湊、成本低廉、能適合各種惡劣環境下作業、適用範圍廣、穩定性好的主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統。為解決上述技術問題，本發明提出的解決方案為 一種主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統，其特徵在於它包括類菱形車架以及安裝於車架上具有獨立驅動系統的前輪、後輪、左輪和右輪，所述前輪和後輪分別通過前懸架系統和後懸架系統固定於車架上，左輪和右輪分別通過左懸架系統和右懸架系統固定於車架上，所述前懸架系統和後懸架系統包括搖臂動力機構和轉向機構，前後輪聯動轉向，左懸架系統和右懸架系統包括搖臂動力機構。所述搖臂動力機構包括電機、搖臂蝸輪蝸杆減速機以及搖臂，所述電機的輸出軸通 過搖臂蝸輪蝸杆減速機與搖臂相連，搖臂與車輪相連。所述轉向機構包括轉向電機和轉向蝸輪蝸杆減速機，轉向電機的輸出軸通過轉向蝸 輪蝸杆減速機與搖臂動力機構中搖臂相連。與現有技術相比，本發明的優點就在於1、本發明創新性的採用四輪三軸菱形底盤和主動擺臂的新型結構，充分發揮了輪式驅動方式的高效移動性和腳式移動系統的爬行能力，且採用四輪獨立驅動，具有越野性 能好，通過能力強的特點。2、 本發明主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統車輪數量少，結構簡單，輕量化 程度高，提高了行駛系統可靠性。3、 本發明主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統採用主動的懸架結構，而且其菱 形布置可以根據需要通過主動搖臂和前後輪繞前後懸架轉向來改變四輪相對車架的著地 點，從而實現重心可以位於四輪中任意三個輪子之間，增強了月球車的翻越障礙物和跨 越壕溝的能力，從而增強了月球車的越野性能。4、 本發明主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統採用菱形底盤結構，在同樣的轉向角度下，通過前後輪聯動轉向，可以顯著減小月球車的轉向半徑，提高月球車的轉向 靈活性。同時還可以實現原地轉向，能夠實現隨時避障，顯著提高月球車的適應性。5、 本發明主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統採用可以反行程自鎖的蝸輪蝸杆 減速機聯結懸架與車身，搖臂時通過電機輸入動力蝸輪蝸杆減速機輸出動力來驅動搖臂， 不搖臂時通過蝸輪蝸杆減速機的反行程自鎖能力固定搖臂。即使搖臂動力輸入裝置出現 故障時該發明依然可以正常行使。


圖l是本發明的結構示意圖；圖2是本發明中懸架的結構示意圖；圖3-l、 3-2、 3-3、 3-4、 3-5、 3-6、 3-7、 3-8是本發明應用實例中翻越障礙的示意圖； 圖4-l、 4-2、 4-3、 4-4、 4-5、 4-6、 4-7、 4-8是本發明應用實例中跨越溝壕的示意圖； 圖5-a、 5-b、 5-c是本發明應用實例中抗側傾的示意圖； 圖6是本發明的側視結構示意圖。 圖例說明1、前輪2、前懸架3、右輪4、右懸架5、後懸架6、後輪7、左輪8、左懸架9、車架10、,搖臂電機11、搖臂蝸輪蝸杆減速機12、,搖臂13、轉向蝸輪蝸杆減速機14，.轉向電機具體實施方式
以下將結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。如圖l、圖2和圖6所示，本發明的主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統，它包 括類菱形車架9以及安裝於車架9上具有獨立驅動系統的前輪1 、後輪6、左輪7和右輪 3，前輪1和後輪6分別通過前懸架系統2和後懸架系統5固定於車架9上，左輪7和右 輪3分別通過左懸架系統8和右懸架系統4固定於車架9上，前懸架系統2和後懸架系 統5包括搖臂動力機構和轉向機構，左懸架系統8和右懸架系統4包括搖臂動力機構。 其中，搖臂動力機構包括搖臂電機10、搖臂蝸輪蝸杆減速機11以及搖臂12，搖臂電機 10的輸出軸通過搖臂蝸輪蝸杆減速機11與搖臂12相連，搖臂12與車輪相連。轉向機構 包括轉向電機14和轉向蝸輪蝸杆減速機13，轉向電機14的輸出軸通過轉向蝸輪蝸杆減 速機13與搖臂動力機構中搖臂12相連。其中，所有搖臂12都通過反行程自鎖的蝸輪蝸 杆減速機ll與車架9相連，擺臂時通過蝸輪蝸杆減速機ll的動力輸出實現搖臂12，平 時不需要動力維持。在普通粗糙路面行駛時，利用減速機的自鎖，使懸架保持固定。由於月球車行駛系 統速度極其緩慢，將通過主動控制獨立懸架的搖臂12，提高越野性能。轉向通過前、後 輪聯動轉向，轉向時，搖臂電機IO輸入的動力由轉向蝸輪蝸杆減速機12輸出，帶動前 後搖12臂繞其中心旋轉，而搖臂12跟車輪軸是固聯在一起的，所以前、後輪也會繞搖 臂12中心旋轉，即實現轉向。同時，由於車輪接地點與搖臂12中心線延長線與地面的 交點，不是一個點，所以在轉向時，車輪接地點會繞搖臂12軸線轉動，也即改變了車輪 相對車身的接地位置。當月球車檢測到前面有障礙物時，通過控制實現主動搖臂調整懸架可以使月球車翻 越高於車輪半徑的障礙物，具體過程為1、當月球車檢測到前方有障礙物時，停止四輪 驅動，抬起前懸架2，同時啟動右輪3、後輪5和左輪7的驅動電機，使月球車向前運行， 直到右輪3和左輪7與陡壁處接觸，並迴轉前搖臂，使前輪1與障礙物上表面接觸(如 圖3-步驟2)。 2、停止驅動，啟動前懸架2、右懸架4和左懸架8的搖臂電機，使前搖臂 與左右搖臂向後擺動，直至重力線方向通過右輪3和左輪7輪心(如圖3-步驟3)。 3、 前輪搖臂停止擺動，僅讓中間搖臂向後繼續擺動，同時四輪驅動，保證中間輪水平方向 與障礙物陡壁處接觸(如圖3-步驟4)。 4、當右輪3和左輪7輪心距地面的高度大於障 礙物高度時，左右輪搖臂停止轉動，繼續四輪驅動，當左右輪爬上障礙物時適度上揚後 輪搖臂，通過驅動牽引月球車爬上障礙(如圖3-步驟5、 6和7)。 5、前行一小段距離後，停止四輪驅動，四輪解鎖，根據各輪搖臂的擺動程度回擺至正常行駛角度(如圖3-步驟 8)。越壕的具體過程如下1、當檢測到前方有壕溝，停止四輪驅動，四搖臂同時擺為垂 直位置，然後將後輪6轉向轉至180度，使重心位於前輪l、左輪7、後輪6組成的三角 形間。然後將前後搖臂向上擺開一定角度，同時將左輪搖臂後擺一小角度，右輪搖臂前 擺一個相對比較大的角度，使得重心位於左輪7、右輪3、後輪6組成的三角形間，如圖(4-1)。 2、驅動四輪(注意由於後輪6轉向180度，所以前驅時應該實際上後輪6 是後退)，前輪l先遇到壕溝，由於重心位於後面三輪之內，所以當前輪l懸空時，車還 是能平穩的行使，這樣前輪1能平穩的越過壕溝，如圖(4-2)。 3、第二個到達壕溝的是 前擺的右輪3，由於前輪l己到達對岸，重心又位於前輪l、左輪7、後輪6組成的三角 形內，所以當右輪3懸空時，車也一樣能平穩行駛，從而送右輪3安全越過壕溝，如圖(4-3)。這時兩輪處於壕溝對岸，兩輪未過壕溝，但四輪都接地。4、將右輪3解鎖，前 後輪搖臂擺至垂直地面，前後輪轉向至可以繞右輪3接地點做圓周運動，此時重心將處 於前輪l、右輪3、後輪6接地點所組成的三角形內，接下來驅動另外三輪，車體將繞右 輪3做圓周運動，左輪7將到達壕溝，但由於重心位於右輪3、前輪l、後輪6三角之內， 所以車在左輪7懸空時仍然能平穩行駛，左輪7在其懸空的同時前擺搖臂，使其擺至與 右輪3搖臂平齊，當左輪7越過壕溝時，停止驅動，如圖(4-4)。 5、此時前左右輪都已 越過壕溝，此時只有後輪6未越過壕溝，但是處於接地狀態。將前後輪轉向至正常行駛 角度，如圖(4-5)。 6、此時，左右輪搖臂都是前擺，重心處於左輪7、右輪3、後輪6 的三角形中，為了使重心相對前移，將左右兩輪搖臂同時往後擺直至重心位於前面三輪 接地點的三角之內，如圖(4-6)。 7、驅動四輪，由於重心處於前部，後輪6懸於壕溝上 時車仍然可以平穩行駛，如圖(4-7)。 8、繼續驅動四輪，後輪6即可以安全越過壕溝。即完成了越壕動作，如圖(4-8)。抗側傾過程月球車的側傾角度是由整車的重心高度決定，菱形月球車的懸架具有主動可調整性，可以通過兩種方式來改善車身的平順性， 一為通過控制將前懸架和中間懸架向前擺動，後懸架向後擺動，從而整體降低車身的高度(如圖5-b)。另一種方式為前、後懸架位置保持不變，通過調整中間輪來保證車身與地面間的側傾角度(如圖5-c)。
權利要求
1、一種主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統，其特徵在於它包括類菱形車架(9)以及安裝於車架(9)上具有獨立驅動系統的前輪(1)、後輪(6)、左輪(7)和右輪(3)，所述前輪(1)和後輪(6)分別通過前懸架系統(2)和後懸架系統(5)固定於車架(9)上，左輪(7)和右輪(3)分別通過左懸架系統(8)和右懸架系統(4)固定於車架(9)上，所述前懸架系統(2)和後懸架系統(5)包括搖臂動力機構和轉向機構，左懸架系統(8)和右懸架系統(4)包括搖臂動力機構。
2、 根據權利要求l所述的主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統，其特徵在於 所述搖臂動力機構包括搖臂電機(10)、搖臂蝸輪蝸杆減速機(11)以及搖臂(12)，所 述搖臂電機(10)的輸出軸通過搖臂蝸輪蝸杆減速機(11)與搖臂(12)相連，搖臂(12) 與車輪相連。
3、 根據權利要求1或2所述的主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統，其特徵在 於所述轉向機構包括轉向電機(14)和轉向蝸輪蝸杆減速機(13)，轉向電機(14)的 輸出軸通過轉向蝸輪蝸杆減速機(13)與搖臂動力機構中搖臂(12)相連。
全文摘要
本發明公開了一種主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統，它包括類菱形車架以及安裝於車架上具有獨立驅動系統的前輪、後輪、左輪和右輪，所述前輪和後輪分別通過前懸架系統和後懸架系統固定於車架上，左輪和右輪分別通過左懸架系統和右懸架系統固定於車架上，所述前懸架系統和後懸架系統包括搖臂動力機構和轉向機構，前後輪聯動轉向，左懸架系統和右懸架系統包括搖臂動力機構。本發明採用四輪三軸菱形底盤和主動擺臂的結構，充分發揮了輪式驅動方式的高效移動性和腳式移動系統的爬行能力，是一種結構簡單緊湊、成本低廉、能適合各種惡劣環境下作業、適用範圍廣、穩定性好、可靠性高、轉向靈活機動性強的主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統。
文檔編號B62D57/00GK101214833SQ20081003044
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月9日 優先權日2008年1月9日
發明者文桂林, 楊興發, 金秋談, 鍾志華, 馬傳帥 申請人:湖南大學