一種多功能載人月球車的製作方法
2023-05-22 09:46:01
一種多功能載人月球車的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種多功能載人月球車，具有三種探測模式：太空人駕駛模式、自主巡視探測模式以及機器人駕駛探測模式。該載人月球車底盤採用可自由組裝的兩段式結構，可根據需要組裝和分開。底盤上安裝有中心計算機、天線設備、乘務站部分等設備；底盤上還安裝有月面樣本採集分析設備，主要包括雙目視覺系統、機械臂和月面樣本分析儀；在月面上，利用雙目視覺系統與兩機械臂的協調合作，將採集到得月面樣本送入月面樣本分析儀，直接就地探測，然後通過天線設備，將分析數據傳回地面。該載人月球車結構緊湊、質量輕便、功能集成、乘坐舒適，滿足載人月面巡視探測的要求，並且能夠就地探測。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及月球車設計【技術領域】，尤其涉及一種集太空人駕駛模式、自主巡視探 測模式以及機器人駕駛探測模式於一體的多功能載人月球車。 一種多功能載人月球車
【背景技術】
[0002] 載人月球車肩負擴展航天員活動範圍，運輸科學載荷、採樣工具和各類月球樣品， 以及保障航天員安全、高效完成月面探測的任務。因此，載人月球車需要具有良好的月面移 動能力、人機互動能力、裝載運輸能力和安全保障能力。
[0003] 目前，我國探月二期研製的"玉兔號"無人月球車已經成功實現月面軟著陸並進行 了為期三個月的月面巡視，"玉兔號"無人月球車突破了月面移動技術、導航控制技術、綜合 電子技術、月面生存技術以及地面試驗技術，為後續載人月球車研製提供了技術保障和經 驗支持，但是無人月球車與載人月球車有著本質性的區別，無人月球車類似月面機器人，載 人月球車更接近地面車輛，所以，載人月球車的研製面臨著更大的挑戰。
[0004] 載人月球車是人類載人登月過程中不可或缺的代步工具。目前，已經成功發射的 載人月球車只有美國的阿波羅15號、16號、17號所攜帶的LRV，LRV載人月球車底盤採用 三段摺疊式，並採用傳統車輛的阿克曼轉向方式，由於LRV底盤結構設計不妥，當車子行駛 在陡峭斜坡或者交叉斜坡的時候，存在乘坐不舒服等問題。
【發明內容】
[0005] 為了解決現有技術的問題，本發明提供了一種多功能載人月球車，包括底盤，所述 底盤上安裝有中心計算機、天線設備、乘務站部分和月面樣本採集分析設備，其中， 地面站和月面著陸器通過所述天線設備對所述中心計算機發送操作指令以及進行數 據資料的傳輸； 所述乘務座部分包括控制手柄，太空人或機器人通過所述操作手柄對中心計算機發送 操作指令； 所述中心計算機根據所述地面站或所述月面著陸器或所述太空人或所述機器人發送 的指令，來控制所述底盤上的驅動機構以及所述月面樣本採集分析設備進行工作。
[0006] 較佳地，所述底盤包括前部底盤和後部底盤，所述前部底盤與所述後部底盤之間 可拆卸連接；所述前部底盤的兩側分別設置有兩個車輪，所述後部底盤的兩側分別設置有 一個車輪。
[0007] 較佳地，所述前部底盤和所述後部底盤上的車輪上均設置有所述驅動機構，所述 驅動機構包括轉向驅動機構和行進驅動機構。
[0008] 較佳地，所述底盤上還設置有電源，所述電源為所述多功能載人月球車上的各設 備提供電能。
[0009] 較佳地，所述底盤上還設置有柔性太陽翼，所述柔性太陽翼與所述電池相連，並為 所述電池充電。
[0010] 較佳地，所述天線設備包括高增益天線和低增益天線，所述地面站通過所述高增 益天線實現與所述中心計算機進行通訊，所述月面著陸器通過所述低增益天線與與所述中 心計算機進行通訊。
[0011] 較佳地，所述月面樣本採集分析設備包括雙目視覺系統、機械臂和月面樣本分析 儀，所述雙目視覺系統、機械臂和月面樣本分析儀均與所述中心計算機相連；在所述中心計 算機的控制下，所述機械臂與所述雙目視覺系統相配合獲取月面上的樣本並送入所述月面 樣本分析儀內，所述月面樣本分析儀將分析獲得的數據通過所述中心計算機傳輸給所述地 面站或所述月面著陸器。
[0012] 較佳地，所述機械臂採用雙機械臂，且每個所述雙機械臂均具有五個自由度。
[0013] 本發明由於採用以上技術方案，使之與現有技術相比，具有以下的優點和積極效 果： 1)本發明提供的多功能載人月球車具有太空人駕駛模式、自主巡視探測模式以及機器 人駕駛探測模式三種探測模式，三種探測模式保證了功能的多樣性和集成性。
[0014] 2)本發明提供的多功能載人月球車採用兩段式底盤設計，兩段底盤可自由組裝和 分開，當遇到緊急情況時，後部底盤可以與前部底盤分開，太空人可直接駕駛前部底盤部分 行駛到安全區域，且減少能量損耗，便於太空人逃生。
[0015] 3)本發明提供的多功能載人月球車上設置有月面樣本採集分析設備，能夠直接對 月面樣本就地進行研究和分析，然後通過天線設備，將分析數據傳回地面，就地進行樣本分 析能夠減輕太空人的工作量，給月面探測帶來便利。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 結合附圖，通過下文的述詳細說明，可更清楚地理解本發明的上述及其他特徵和 優點，其中： 圖1為本發明的總體結構組成示意圖； 圖2為太空人駕駛模式示意圖； 圖3為自主巡視探測模式示意圖； 圖4為機器人駕駛探測模式示意圖； 1- 車輪 2- 前部底盤 3_控制手柄 4- 生保系統 5- 中心計算機 6.後部底盤 機械臂 8_月面樣本分析儀 9_雙目視覺系統 10- 高增益天線 11- 電源 12- 低增益天線 13- 乘務座椅 14- 儀表顯示臺 15- 轉向驅動機構 16- 相機 17- 行進驅動機構 18- 柔性太陽翼 19- 機器人。
【具體實施方式】
[0017] 參見示出本發明實施例的附圖，下文將更詳細地描述本發明。然而，本發明可以以 許多不同形式實現，並且不應解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是 為了達成充分及完整公開，並且使本【技術領域】的技術人員完全了解本發明的範圍。這些附 圖中，為清楚起見，可能放大了層及區域的尺寸及相對尺寸。
[0018] 參考圖1-4,本發明提供的一種多功能載人月球車，可搭載太空人，支持太空人進 行各種月面試驗，並作為太空人與月面著陸器和地面站通信的工具。該月球車包括底盤以 及設置在底盤上的乘務站、電源、電子設備、天線設備、月面樣本採集分析設備等；該載人月 球車適用於載人或無人月面巡視探測，具體能夠實現三種探測工作模式：太空人駕駛模式、 自主巡視探測模式以及機器人駕駛探測模式。
[0019] 在本實施例中,底盤採用兩段式結構，其包括前部底盤2、後部底盤6和車輪1，前 部底盤2與後部底盤6之間可拆卸連接，可根據具體情況自由進行組裝和分開；前部底盤2 的兩側分別設置有兩個車輪1，後部分底盤6的兩側分別設置有一個車輪1 ;車輪1上設置 有驅動機構，驅動機構包括行進驅動機構17和轉向驅動機構15 ;在本實施例中優選每個車 輪1上均設置有驅動機構17和轉向機構15,使得月球車即能夠實現傳統車輛的阿克曼轉 向，又能夠實現車體的轉向，兩種轉向方式起到相互備份的作用。本發明提供的底盤採用兩 段式結構，在發射過程中，前部底盤2與後部底盤6分開，便於放置，減少佔地空間，到達月 面後由太空人將兩者組裝起來；當多功能載人月球車遇到緊急情況的時候，後部底盤6可 以與前部底盤2分開，減少了月球車的能量損耗，太空人可以直接駕駛前部底盤2部分返回 著陸艙區域。
[0020] 在本實施例中，前部底盤2上設置有乘務站、天線設備、中心計算機5、生保系統4、 相機16等設備。其中，乘務站包括乘務座椅13、控制手柄3和儀表顯示臺，其中儀表顯示 臺能夠顯示車體的一些運行參數，顯示車輛行駛速度、航向、位姿、裡程和異常警示等信息； 坐在乘務座椅13上的太空人或機器人操縱控制手柄3,控制手柄3將指令傳輸給中心計算 機5,中心計算機5再根據指令控制車輪1上的驅動機構，從而實現載人月球車的前進、後退 或者轉向等運動。天線設備包括高增益天線10和低增益天線12,月面著陸器可通過低增 益天線12實現對中心計算機5的控制以及信息傳輸，當月球車無人駕駛的時候，月面著陸 器可通過低增益天線12控制中心計算機5,從而實現對月球車的控制；地面站的人員可通 過高增益天線實現對中心計算機5的控制以及信息的傳輸，同樣的當月球車無人駕駛的時 候，地面站的人員可控制月球車進行行駛等功能。另外，前部底盤2的上設置的相機16,用 於對月球表面進行拍照，並將照片資料通過中心計算機5傳輸給地面站。
[0021] 在本實施例中，前部底盤上還設置有電源11和柔性太陽能翼18,電源11與月球車 上的各設備相連並為其提供能源使其工作；柔性太陽能翼18與電源11相連，柔性太陽能翼 18將太陽能轉化為電能給電池11充電，從而保證了月球車可持續的運行。另外，柔性太陽 能翼18是可展開和收起的，如圖2中所示的為柔性太陽能翼18展開的時候，形成一類似外 殼的形狀，擴大了吸收太陽能的面積，同時可作為月球車的外殼使用。
[0022] 在本實施例中，月面樣本採集分析設備安裝在後部底盤6上，其主要包括機械臂 7、雙目視覺系統9和月面樣本分析儀8 ;機械臂7、雙目視覺系統9和樣本分析儀8均與中 心計算機5相連，中心計算機5控制機械臂7、雙目視覺系統9和樣本分析儀8進行工作。 其中，機械臂7採用雙機械臂，且具有五個自由度；一方面雙機械臂能夠滿足無人探測的需 求，當月面車進行無人巡視探測時，月球車可以向月面投放雙機械臂，對月面進行探測；另 一方面，雙機械臂更加靈活，能實現一隻機械臂抓取樣本，另一隻機械臂可以對樣本進行鑽 磨等操作。雙目視覺系統採用立體成像的原理，配合雙機械臂對月面進行探測。
[0023] 在月面上，利用雙目視覺系統9配合機械臂7協調工作，使機械臂7從月面上採集 月面樣本並送入到月面樣本分析儀8內；月面樣本分析儀8對樣本進行就地研究和分析，月 面樣本分析儀8將分析出得到的數據傳輸給中心計算機5,中心計算機5再將數據傳回地面 站或月面著落器。本發明通過月面樣本採集分析設備就地進行採樣分析，大大減輕了宇航 員的工作量，給月面探測帶來方便。
[0024] 本發明提供的一種多功能載人月球車採用以上技術方案，能夠實現太空人駕駛模 式、自主巡視探測模式以及機器人駕駛探測模式三種工作模式，其具體工作過程如下： 一、太空人駕駛模式 如圖2所示，在太空人駕駛模式下，月球車作為太空人的代步工具，擴展了航天員的活 動範圍；球車可搭載科學載荷、採樣工具和月壤樣品，支持太空人進行各種月面試驗，並作 為航天員與著陸器和地面通信的工具。具體的，太空人操縱控制手柄3發出指令，通過中 心計算機5,指令傳達到底盤的驅動機構，在驅動機構的驅動下，使月球車前進、後退或者轉 彎；當需要原地轉向的時候，由太空人操縱控制手柄3發出指令，通過中心計算機5,前後四 個車輪在轉向驅動機構的驅動下，擺成原地轉向的狀態，接著在行進驅動機構的驅動下，進 行原地轉向動作。當月球車要對陡坡或者隕石較多的區域進行探測時，太空人可以通過操 作控制手柄3來控制月球車上的月面樣本採集分析設備進行探測。
[0025] 二、自主巡視探測模式 如圖3所示，太空人返回地球後，月球車切換為自主巡視探測模式。首先，為減輕月球 車重量，太空人在離開月面之前，將乘務座椅13、生保系統4、儀表顯示臺14、控制手柄3等 與太空人相關的裝置從月球車上拆下；為了給月球車提供能量，給電源11充電，將月球車 的柔性太陽翼18展開；然後，由地面站發送指令，通過中繼通訊，月球車上的高增益天線10 接收指令，通過中心計算機5處理，控制月球車上的驅動機構；在驅動機構的驅動下，車輪1 轉動，從而使車體前進、後退或轉彎；同時地面站也可以控制月球車上的月面樣本採集分析 設備進行工作，對月面樣本繼續進行探測。
[0026] 三、機器人駕駛探測模式 如圖4所示，在機器人駕駛探測下，機器人可以通過操作控制手柄3,並將指令傳到的 中心計算機5上，通過中心計算機5的分析，一方面控制驅動機構運行月球車能夠實現在月 面移動；另一方面，可以控制月面樣本採集分析設備工作，利用雙目視覺系統，兩個機械臂 相互配合，協同工作，將採集到的月壤送到樣本分析儀進行分析，然後通過高增益天線將樣 本數據和相機拍到的照片資料傳回地面。當機器人駕駛探測時，月球車可以不用考慮乘坐 舒適性問題，可以相對的加快行駛速度，並且可以在路況及其崎嶇的月面上行駛，這樣擴大 了探測範圍和提1? 了續航時間。
[0027] 綜上所述，本發明有以下優點： 1、針對月球車的探測模式：該載人月球車有太空人駕駛模式、自主巡視探測模式以及 機器人駕駛探測模式三種探測模式，三種探測模式保證了功能的多樣性和集成性。太空人 可以直接駕駛月球車在月面行駛，擴大探測區域；當太空人返回地面時，該月球車可以繼續 進行巡視探測，延長了月球車的壽命；而且該月球車能夠實現機器人駕駛探測，機器人駕駛 探測時，月球車可以不用考慮乘坐舒適性問題，可以相對的加快行駛速度，並且可以在路況 及其崎嶇的月面上行駛，這樣擴大了探測範圍和提高了續航時間。
[0028] 2、針對載人月球車底盤設計：採用兩段式底盤設計，兩段底盤可自由組裝和分開， 發射過程中可以將兩段底盤拆開，減少發射空間；到達月面後，可以將兩段底盤組裝，組裝 後使月球車具有原地探測和樣本分析的能力，當遇到緊急情況時，後部底盤可以與前部底 盤分開，減少能量損耗，使車體快速行駛到安全區域，便於太空人逃生。
[0029] 3、針對月面樣本分析：載人月球車尾部裝有月面樣本分析儀，月面樣本分析儀能 夠直接對月面樣本就地進行研究和分析，然後通過天線設備，將分析數據傳回地面，就地進 行樣本分析能夠減輕太空人的工作量，給月面探測帶來便利。
[0030] 4、針對樣本採集和探測：載人月球車尾部設置有雙機械臂，雙機械臂具有五個自 由度；一方面，雙機械臂能夠滿足無人探測的需要，當月球車進行無人巡視探測時，月球車 可以向月面投放雙機械臂，對月面進行探測；另一方面，雙機械臂更加靈活，能夠實現一隻 機械臂抓取樣本，另一隻機械臂進行可以對樣本進行鑽磨加工等操作。
[0031] 5、載人月球車尾部設置有雙目視覺系統，採用立體成像原理，使工作人員在地面 站能夠更直觀的遠程操作機械臂進行月面探測。
[0032] 本【技術領域】的技術人員應理解，本發明可以以許多其他具體形式實現而不脫離本 發明的精神或範圍。儘管已描述了本發明的實施例，應理解本發明不應限制為這些實施例， 本【技術領域】的技術人員可如所附權利要求書界定的本發明精神和範圍之內作出變化和修 改。
【權利要求】
1. 一種多功能載人月球車，其特徵在於，包括底盤，所述底盤上安裝有中心計算機、天 線設備、乘務站部分和月面樣本採集分析設備，其中， 地面站和月面著陸器通過所述天線設備對所述中心計算機發送操作指令以及進行數 據資料的傳輸； 所述乘務座部分包括控制手柄，太空人或機器人通過所述操作手柄對中心計算機發送 操作指令； 所述中心計算機根據所述地面站或所述月面著陸器或所述太空人或所述機器人發送 的指令，來控制所述底盤上的驅動機構以及所述月面樣本採集分析設備進行工作。
2. 據權利要求1所述的多功能載人月球車，其特徵在於，所述底盤包括前部底盤和後 部底盤，所述前部底盤與所述後部底盤之間可拆卸連接；所述前部底盤的兩側分別設置有 兩個車輪，所述後部底盤的兩側分別設置有一個車輪。
3. 據權利要求2所述的多功能載人月球車，其特徵在於，所述前部底盤和所述後部底 盤上的車輪上均設置有所述驅動機構，所述驅動機構包括轉向驅動機構和行進驅動機構。
4. 據權利要求1所述的多功能載人月球車，其特徵在於，所述底盤上還設置有電源，所 述電源為所述多功能載人月球車上的各設備提供電能。
5. 據權利要求4所述的多功能載人月球車，其特徵在於，所述底盤上還設置有柔性太 陽翼，所述柔性太陽翼與所述電池相連，並為所述電池充電。
6. 據權利要求1所述的多功能載人月球車，其特徵在於，所述天線設備包括高增益天 線和低增益天線，所述地面站通過所述高增益天線實現與所述中心計算機進行通訊，所述 月面著陸器通過所述低增益天線與與所述中心計算機進行通訊。
7. 據權利要求1所述的多功能載人月球車，其特徵在於，所述月面樣本採集分析設備 包括雙目視覺系統、機械臂和月面樣本分析儀，所述雙目視覺系統、機械臂和月面樣本分析 儀均與所述中心計算機相連；在所述中心計算機的控制下，所述機械臂與所述雙目視覺系 統相配合獲取月面上的樣本並送入所述月面樣本分析儀內，所述月面樣本分析儀將分析獲 得的數據通過所述中心計算機傳輸給所述地面站或所述月面著陸器。
8. 據權利要求7所述的多功能載人月球車，其特徵在於，所述機械臂採用雙機械臂，且 每個所述雙機械臂均具有五個自由度。
【文檔編號】B64G1/16GK104108475SQ201410303217
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】姬鳴, 肖傑, 邱寶貴, 胡震宇, 張曉偉, 羅小桃, 曾佔魁 申請人:上海宇航系統工程研究所