融合六維力/力矩測試功能的星球車車輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種融合六維力/力矩測試功能的星球車車輪，屬于航天技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]月球車、火星車等星球車車輪在松軟崎嶇的星球表面運行時受力苛刻，如果可以對其受力情況進行精確測量，不但可以通過科學實驗了解星球地貌的力學特性，還可以優(yōu)化星球車控制，避免陷車等問題的發(fā)生。目前的星球車車輪不具備精確進行與土壤作用的力和力矩測量的功能，只能夠通過測量電機電流對驅(qū)動力矩進行估計，精度較低，且對于其它維度的力和力矩無法測量，包括法向力、牽引力、測向力、轉(zhuǎn)向力矩和傾覆力矩。
[0003]地面實驗中通常采用商業(yè)六維力/力矩傳感器產(chǎn)品安裝在車輪上方或者側(cè)面，與機體固連，不隨車輪轉(zhuǎn)動。由于其安裝位置不能直接測量車輪受力和力矩，通過坐標軸的旋轉(zhuǎn)和平移變換估算地面作用到車輪上的力，無法準確獲得車輪受力信息，同時由于現(xiàn)有六維力/力矩傳感器獨立安裝，增加了整體質(zhì)量和安裝空間。地面試驗中的方法存在測量精度差、附加質(zhì)量大、不便于熱防護的問題，不適用與星球車。因此設(shè)計制造一體化測量裝置迫在眉睫。
[0004]綜上，現(xiàn)有的星球車車輪不具備精確進行與土壤作用的力和力矩測量的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決現(xiàn)有的星球車車輪不具備精確進行與土壤作用的力和力矩測量的功能的問題，進而提供了一種融合六維力/力矩測試功能的星球車車輪。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明的融合六維力/力矩測試功能的星球車車輪包括車輪本體、驅(qū)動電機、減速器、聯(lián)軸器、爪盤、輪輞適配器、六維力/力矩傳感器、輪轂適配器、信號放大器、滑環(huán)、固定裝置、導向裝置和兩個蓋板，兩個蓋板安裝在車輪本體的兩側(cè)，輪輞適配器內(nèi)嵌在車輪本體的內(nèi)壁上且位于車輪本體的內(nèi)環(huán)中部，六維力/力矩傳感器的輪廓為圓盤形狀，六維力/力矩傳感器上加工有中心通孔，六維力/力矩傳感器同軸安裝在輪輞適配器上，輪轂適配器同軸安裝在六維力/力矩傳感器的中心通孔上，爪盤的一端設(shè)有爪盤軸，爪盤同軸固裝在輪轂適配器的中心處且位于車輪本體內(nèi)，爪盤軸穿過兩個蓋板中的一個并通過聯(lián)軸器與減速器同軸連接，驅(qū)動電機與減速器連接，驅(qū)動電機、減速器和聯(lián)軸器均設(shè)置在車輪本體外；
[0008]信號放大器安裝在六維力/力矩傳感器上，滑環(huán)轉(zhuǎn)動安裝在信號放大器上，滑環(huán)內(nèi)設(shè)置有角度傳感器，導向裝置的一端固裝在滑環(huán)上，導向裝置的另一端通過固定裝置限位，固定裝置固裝在兩個蓋板中余下的一個蓋板上。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有的星球車車輪相比具有以下有益效果:
[0010]本發(fā)明的融合六維力/力矩測試功能的星球車車輪上設(shè)置有輪輞適配器、六維力/力矩傳感器和輪轂適配器和信號放大器，輪輞適配器、六維力/力矩傳感器和輪轂適配器和信號放大器跟隨車輪本體一起轉(zhuǎn)動，并且六維力/力矩傳感器安裝在車輪本體的內(nèi)環(huán)中部，無需進行力/力矩的旋轉(zhuǎn)和平移坐標變換，就可以更直接、更準確地測量車輪的受力情況，提高了測量精度；
[0011]本發(fā)明的融合六維力/力矩測試功能的星球車車輪實現(xiàn)了力/力矩測量與車輪一體化，將傳統(tǒng)意義上安放在車輪上方或旁側(cè)的六維力/力矩傳感器等部件安裝到車輪本體內(nèi)，減小了含有力學測試裝置的車輪系統(tǒng)的安裝尺寸，節(jié)約了空間，有利于星球車車輪的熱防護；
[0012]本發(fā)明的六維力/力矩傳感器可以安裝在輪輞與輪彀中間，代替了原來車輪中部的結(jié)構(gòu)，采用滑環(huán)解決了角度傳感器的繞線問題，其中的絕對式角度傳感器用于測量六維力/力矩傳感器相對于輪軸的旋轉(zhuǎn)角度；與單獨安裝六維力/力矩傳感器的方式相比，節(jié)省了重量，有利于星球車車輪的輕量化設(shè)計。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的融合六維力/力矩測試功能的星球車車輪的分解立體圖；圖2是本發(fā)明的融合六維力/力矩測試功能的星球車車輪的整體結(jié)構(gòu)立體圖(驅(qū)動電機10 —偵D ;圖3是本發(fā)明的融合六維力/力矩測試功能的星球車車輪的整體結(jié)構(gòu)立體圖(導向裝置15 —側(cè))。
【具體實施方式】
[0014]【具體實施方式】一:如圖1?3所示，本實施方式的融合六維力/力矩測試功能的星球車車輪包括車輪本體1、驅(qū)動電機10、減速器9、聯(lián)軸器、爪盤5、輪輞適配器2、六維力/力矩傳感器3、輪轂適配器4、信號放大器11、滑環(huán)12、固定裝置16、導向裝置15和兩個蓋板，兩個蓋板安裝在車輪本體I的兩側(cè)，輪輞適配器2內(nèi)嵌在車輪本體I的內(nèi)壁上且位于車輪本體I的內(nèi)環(huán)中部，六維力/力矩傳感器3的輪廓為圓盤形狀，六維力/力矩傳感器3上加工有中心通孔，六維力/力矩傳感器3同軸安裝在輪輞適配器2上，輪轂適配器4同軸安裝在六維力/力矩傳感器3的中心通孔上，爪盤5的一端設(shè)有爪盤軸，爪盤5同軸固裝在輪轂適配器4的中心處且位于車輪本體I內(nèi)，爪盤軸穿過兩個蓋板中的一個并通過聯(lián)軸器與減速器9同軸連接，驅(qū)動電機10與減速器9連接，驅(qū)動電機10、減速器9和聯(lián)軸器均設(shè)置在車輪本體I外；
[0015]信號放大器11安裝在六維力/力矩傳感器3上，滑環(huán)12轉(zhuǎn)動安裝在信號放大器11上，滑環(huán)12內(nèi)設(shè)置有角度傳感器，導向裝置15的一端固裝在滑環(huán)12上，導向裝置15的另一端通過固定裝置16限位，固定裝置16固裝在兩個蓋板中余下的一個蓋板上。
[0016]兩個蓋板為第一蓋板6和第二蓋板14。
[0017]【具體實施方式】二:如圖1?3所示，本實施方式車輪本體I外側(cè)壁上沿圓周方向均布設(shè)置有多個輪刺。如此設(shè)計，可以增加車輪本體I在松軟地形中產(chǎn)生的牽引力。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一相同。
[0018]【具體實施方式】三:如圖1?3所示，本實施方式輪刺的數(shù)量為16?32個。如此設(shè)計，可以根據(jù)需要增減輪刺的數(shù)量，從而改變車輪本體I在松軟地形中產(chǎn)生的牽引力。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】二相同。
[0019]【具體實施方式】四:如圖1?3所示，本實施方式輪刺的寬度范圍為60?300mm，輪刺的高度范圍為O?20_。如此設(shè)計，可以根據(jù)需要選擇不同寬度和高度的輪刺，從而改變車輪本體I在松軟地形中產(chǎn)生的牽引力。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】二或三相同。
[0020]【具體實施方式】五:如圖2所示，本實施方式聯(lián)軸器為膜片聯(lián)軸器，聯(lián)軸器包括第一半聯(lián)軸器7和第二半聯(lián)軸器8。如此設(shè)計，膜片聯(lián)軸器靠膜片的彈性變形來補償所聯(lián)兩軸的相對位移，是一種高性能的金屬強元件撓性聯(lián)軸器，不用潤油，結(jié)構(gòu)較緊湊，強度高，使用壽命長，無旋轉(zhuǎn)間隙，不受溫度和油污影響，具有耐酸、耐堿防腐蝕的特點，適用于高溫、高速、有腐蝕介質(zhì)工況環(huán)境的軸系傳動。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一、二或三相同。
[0021]工作原理:
[0022]車輪本體I相對于地面產(chǎn)生運動，其他部件與之相連接提供動力和力/力矩測量;
[0023]兩個蓋板，其設(shè)于車輪兩側(cè)，用于保護內(nèi)部部件防止沙土進入車輪內(nèi)部；
[0024]—個驅(qū)動電機10、一個減速器9、一個聯(lián)軸器和一個爪盤5，驅(qū)動電機10、減速器9和聯(lián)軸器設(shè)于車輪本體I外側(cè)，爪盤5設(shè)于車輪本體內(nèi)部，通過驅(qū)動電機10、減速器9、聯(lián)軸器和爪盤5的串聯(lián)連接，將動力輸出傳遞給車輪本體I ;
[0025]一個輪輞適配器2，輪輞適配器2設(shè)于被測車輪內(nèi)環(huán)中部并安裝在被測車輪上，輪輞適配器2與車輪本體I內(nèi)環(huán)的構(gòu)型和尺寸相同；
[0026]六維力/力矩傳感器3設(shè)于被測車輪內(nèi)環(huán)正中央的位置并安裝在輪輞適配器2上;
[0027]一個輪轂適配器4設(shè)于車輪本體I內(nèi)部并安裝在六維力/力矩傳感器3上；
[0028]一個信號放大器11和一個滑環(huán)12，滑環(huán)12內(nèi)部設(shè)有角度傳感器，用于測量車輪與輪軸之間的絕對角度，滑環(huán)12安裝在信號放大器11上，信號放大器11安裝在六維力/力矩傳感器3上；
[0029]—個固定裝置16和一個導向裝置15，固定裝置I不隨車輪轉(zhuǎn)動，導向裝置15 —端固定在滑環(huán)12上，另一端穿過固定裝置16，實現(xiàn)對滑環(huán)12旋轉(zhuǎn)的限制。
【主權(quán)項】
1.一種融合六維力/力矩測試功能的星球車車輪，其特征在于:所述星球車車輪包括車輪本體(1)、驅(qū)動電機(10)、減速器(9)、聯(lián)軸器、爪盤(5)、輪輞適配器(2)、六維力/力矩傳感器(3)、輪轂適配器(4)、信號放大器(11)、滑環(huán)(12)、固定裝置(16)、導向裝置(15)和兩個蓋板，兩個蓋板安裝在車輪本體⑴的兩側(cè)，輪輞適配器⑵內(nèi)嵌在車輪本體⑴的內(nèi)壁上且位于車輪本體(I)的內(nèi)環(huán)中部，六維力/力矩傳感器(3)的輪廓為圓盤形狀，六維力/力矩傳感器(3)上加工有中心通孔，六維力/力矩傳感器(3)同軸安裝在輪輞適配器(2)上，輪轂適配器⑷同軸安裝在六維力/力矩傳感器⑶的中心通孔上，爪盤(5)的一端設(shè)有爪盤軸，爪盤(5)同軸固裝在輪轂適配器(4)的中心處且位于車輪本體(I)內(nèi)，爪盤軸穿過兩個蓋板中的一個并通過聯(lián)軸器與減速器(9)同軸連接，驅(qū)動電機(10)與減速器(9)連接，驅(qū)動電機(10)、減速器(9)和聯(lián)軸器均設(shè)置在車輪本體(I)外； 信號放大器(11)安裝在六維力/力矩傳感器(3)上，滑環(huán)(12)轉(zhuǎn)動安裝在信號放大器(11)上，滑環(huán)(12)內(nèi)設(shè)置有角度傳感器，導向裝置(15)的一端固裝在滑環(huán)(12)上，導向裝置(15)的另一端通過固定裝置(16)限位，固定裝置(16)固裝在兩個蓋板中余下的一個蓋板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合六維力/力矩測試功能的星球車車輪，其特征在于:車輪本體(I)外側(cè)壁上沿圓周方向均布設(shè)置有多個輪刺。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的融合六維力/力矩測試功能的星球車車輪，其特征在于:輪刺的數(shù)量為16?32個。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的融合六維力/力矩測試功能的星球車車輪，其特征在于:輪刺的寬度范圍為60?300mm，輪刺的高度范圍為O?20mmo
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的融合六維力/力矩測試功能的星球車車輪，其特征在于:聯(lián)軸器為膜片聯(lián)軸器，聯(lián)軸器包括第一半聯(lián)軸器(7)和第二半聯(lián)軸器(8)。
【專利摘要】融合六維力/力矩測試功能的星球車車輪，它涉及一種星球車車輪。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的星球車車輪不具備精確進行與土壤作用的力和力矩測量的功能的問題。輪輞適配器內(nèi)嵌在車輪本體的內(nèi)壁上且位于車輪本體的內(nèi)環(huán)中部，六維力/力矩傳感器同軸安裝在輪輞適配器上，輪轂適配器同軸安裝在六維力/力矩傳感器上，爪盤的一端設(shè)有爪盤軸，爪盤同軸固裝在輪轂適配器的中心處，爪盤軸穿過兩個蓋板中的一個并通過聯(lián)軸器與減速器同軸連接；信號放大器安裝在六維力/力矩傳感器上，滑環(huán)轉(zhuǎn)動安裝在信號放大器上，導向裝置的一端固裝在滑環(huán)上，導向裝置的另一端通過固定裝置限位，固定裝置固裝在兩個蓋板中余下的一個蓋板上。本發(fā)明用于星球車探測領(lǐng)域。
【IPC分類】G01L3-00, B60B19-00, G01L5-16
【公開號】CN104527322
【申請?zhí)枴緾N201410783282
【發(fā)明人】丁亮, 高海波, 郭軍龍, 鄧宗全, 吳躍, 陶建國
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月16日