專利名稱：主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到行走裝置的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特指一種主動搖臂式可變菱形四輪月球車 移動系統(tǒng)，可適用于惡劣環(huán)境下的無人探測和礦石采集領(lǐng)域。
技術(shù)背景目前國內(nèi)的月球探測車，基本都是采用平行布置方式的六輪行駛系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)相對比 較復(fù)雜，直接影響其輕量化和可靠性。另外，懸架多采用被動接地方式，其越野性能和 機(jī)動性能受到了一定的限制。對于月面環(huán)境來說，月球車要求適應(yīng)不熟悉的地貌和多灰 層、微重力等獨(dú)特的月球表面行駛環(huán)境以及實(shí)現(xiàn)地月轉(zhuǎn)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(rèn)為輪式月球車中六輪是最優(yōu)的，而傳統(tǒng)的四輪車盡管比 六輪結(jié)構(gòu)更簡單、輕便，但由于不具備越野性而不在選擇范圍之內(nèi)。若要發(fā)揮四輪車的 結(jié)構(gòu)簡單和可靠性強(qiáng)的優(yōu)勢，就必須通過新概念的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提高其越野性等行駛性能。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu) 簡單緊湊、成本低廉、能適合各種惡劣環(huán)境下作業(yè)、適用范圍廣、穩(wěn)定性好的主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)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(tǒng)，其特征在于它包括類菱形車架以及安裝于車架上具有獨(dú)立驅(qū)動系統(tǒng)的前輪、后輪、左輪和右輪，所述前輪和后輪分別通過前懸架系統(tǒng)和后懸架系統(tǒng)固定于車架上，左輪和右輪分別通過左懸架系統(tǒng)和右懸架系統(tǒng)固定于車架上，所述前懸架系統(tǒng)和后懸架系統(tǒng)包括搖臂動力機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，前后輪聯(lián)動轉(zhuǎn)向，左懸架系統(tǒng)和右懸架系統(tǒng)包括搖臂動力機(jī)構(gòu)。所述搖臂動力機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、搖臂蝸輪蝸桿減速機(jī)以及搖臂，所述電機(jī)的輸出軸通 過搖臂蝸輪蝸桿減速機(jī)與搖臂相連，搖臂與車輪相連。所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機(jī)和轉(zhuǎn)向蝸輪蝸桿減速機(jī)，轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸通過轉(zhuǎn)向蝸 輪蝸桿減速機(jī)與搖臂動力機(jī)構(gòu)中搖臂相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)就在于1、本發(fā)明創(chuàng)新性的采用四輪三軸菱形底盤和主動擺臂的新型結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了輪式驅(qū)動方式的高效移動性和腳式移動系統(tǒng)的爬行能力，且采用四輪獨(dú)立驅(qū)動，具有越野性 能好，通過能力強(qiáng)的特點(diǎn)。2、 本發(fā)明主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統(tǒng)車輪數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單，輕量化 程度高，提高了行駛系統(tǒng)可靠性。3、 本發(fā)明主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統(tǒng)采用主動的懸架結(jié)構(gòu)，而且其菱 形布置可以根據(jù)需要通過主動搖臂和前后輪繞前后懸架轉(zhuǎn)向來改變四輪相對車架的著地 點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)重心可以位于四輪中任意三個(gè)輪子之間，增強(qiáng)了月球車的翻越障礙物和跨 越壕溝的能力，從而增強(qiáng)了月球車的越野性能。4、 本發(fā)明主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統(tǒng)采用菱形底盤結(jié)構(gòu)，在同樣的轉(zhuǎn)向角度下，通過前后輪聯(lián)動轉(zhuǎn)向，可以顯著減小月球車的轉(zhuǎn)向半徑，提高月球車的轉(zhuǎn)向 靈活性。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，能夠?qū)崿F(xiàn)隨時(shí)避障，顯著提高月球車的適應(yīng)性。5、 本發(fā)明主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統(tǒng)采用可以反行程自鎖的蝸輪蝸桿 減速機(jī)聯(lián)結(jié)懸架與車身，搖臂時(shí)通過電機(jī)輸入動力蝸輪蝸桿減速機(jī)輸出動力來驅(qū)動搖臂， 不搖臂時(shí)通過蝸輪蝸桿減速機(jī)的反行程自鎖能力固定搖臂。即使搖臂動力輸入裝置出現(xiàn) 故障時(shí)該發(fā)明依然可以正常行使。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中懸架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-l、 3-2、 3-3、 3-4、 3-5、 3-6、 3-7、 3-8是本發(fā)明應(yīng)用實(shí)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(fā)明應(yīng)用實(shí)例中跨越溝壕的示意圖； 圖5-a、 5-b、 5-c是本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例中抗側(cè)傾的示意圖； 圖6是本發(fā)明的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖例說明1、前輪2、前懸架3、右輪4、右懸架5、后懸架6、后輪7、左輪8、左懸架9、車架10、,搖臂電機(jī)11、搖臂蝸輪蝸桿減速機(jī)12、,搖臂13、轉(zhuǎn)向蝸輪蝸桿減速機(jī)14，.轉(zhuǎn)向電機(jī)具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖l、圖2和圖6所示，本發(fā)明的主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統(tǒng)，它包 括類菱形車架9以及安裝于車架9上具有獨(dú)立驅(qū)動系統(tǒng)的前輪1 、后輪6、左輪7和右輪 3，前輪1和后輪6分別通過前懸架系統(tǒng)2和后懸架系統(tǒng)5固定于車架9上，左輪7和右 輪3分別通過左懸架系統(tǒng)8和右懸架系統(tǒng)4固定于車架9上，前懸架系統(tǒng)2和后懸架系 統(tǒng)5包括搖臂動力機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，左懸架系統(tǒng)8和右懸架系統(tǒng)4包括搖臂動力機(jī)構(gòu)。 其中，搖臂動力機(jī)構(gòu)包括搖臂電機(jī)10、搖臂蝸輪蝸桿減速機(jī)11以及搖臂12，搖臂電機(jī) 10的輸出軸通過搖臂蝸輪蝸桿減速機(jī)11與搖臂12相連，搖臂12與車輪相連。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 包括轉(zhuǎn)向電機(jī)14和轉(zhuǎn)向蝸輪蝸桿減速機(jī)13，轉(zhuǎn)向電機(jī)14的輸出軸通過轉(zhuǎn)向蝸輪蝸桿減 速機(jī)13與搖臂動力機(jī)構(gòu)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 桿減速機(jī)ll與車架9相連，擺臂時(shí)通過蝸輪蝸桿減速機(jī)ll的動力輸出實(shí)現(xiàn)搖臂12，平 時(shí)不需要?jiǎng)恿S持。在普通粗糙路面行駛時(shí)，利用減速機(jī)的自鎖，使懸架保持固定。由于月球車行駛系 統(tǒng)速度極其緩慢，將通過主動控制獨(dú)立懸架的搖臂12，提高越野性能。轉(zhuǎn)向通過前、后 輪聯(lián)動轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向時(shí)，搖臂電機(jī)IO輸入的動力由轉(zhuǎn)向蝸輪蝸桿減速機(jī)12輸出，帶動前 后搖12臂繞其中心旋轉(zhuǎn)，而搖臂12跟車輪軸是固聯(lián)在一起的，所以前、后輪也會繞搖 臂12中心旋轉(zhuǎn)，即實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。同時(shí)，由于車輪接地點(diǎn)與搖臂12中心線延長線與地面的 交點(diǎn)，不是一個(gè)點(diǎn)，所以在轉(zhuǎn)向時(shí)，車輪接地點(diǎn)會繞搖臂12軸線轉(zhuǎn)動，也即改變了車輪 相對車身的接地位置。當(dāng)月球車檢測到前面有障礙物時(shí)，通過控制實(shí)現(xiàn)主動搖臂調(diào)整懸架可以使月球車翻 越高于車輪半徑的障礙物，具體過程為1、當(dāng)月球車檢測到前方有障礙物時(shí)，停止四輪 驅(qū)動，抬起前懸架2，同時(shí)啟動右輪3、后輪5和左輪7的驅(qū)動電機(jī)，使月球車向前運(yùn)行， 直到右輪3和左輪7與陡壁處接觸，并回轉(zhuǎn)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(qū)動，啟動前懸架2、右懸架4和左懸架8的搖臂電機(jī)，使前搖臂 與左右搖臂向后擺動，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，僅讓中間搖臂向后繼續(xù)擺動，同時(shí)四輪驅(qū)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(dāng)右輪3和左輪7輪心距地面的高度大于障 礙物高度時(shí)，左右輪搖臂停止轉(zhuǎn)動，繼續(xù)四輪驅(qū)動，當(dāng)左右輪爬上障礙物時(shí)適度上揚(yáng)后 輪搖臂，通過驅(qū)動牽引月球車爬上障礙(如圖3-步驟5、 6和7)。 5、前行一小段距離后，停止四輪驅(qū)動，四輪解鎖，根據(jù)各輪搖臂的擺動程度回?cái)[至正常行駛角度(如圖3-步驟 8)。越壕的具體過程如下1、當(dāng)檢測到前方有壕溝，停止四輪驅(qū)動，四搖臂同時(shí)擺為垂 直位置，然后將后輪6轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)至180度，使重心位于前輪l、左輪7、后輪6組成的三角 形間。然后將前后搖臂向上擺開一定角度，同時(shí)將左輪搖臂后擺一小角度，右輪搖臂前 擺一個(gè)相對比較大的角度，使得重心位于左輪7、右輪3、后輪6組成的三角形間，如圖(4-1)。 2、驅(qū)動四輪(注意由于后輪6轉(zhuǎn)向180度，所以前驅(qū)時(shí)應(yīng)該實(shí)際上后輪6 是后退)，前輪l先遇到壕溝，由于重心位于后面三輪之內(nèi)，所以當(dāng)前輪l懸空時(shí)，車還 是能平穩(wěn)的行使，這樣前輪1能平穩(wěn)的越過壕溝，如圖(4-2)。 3、第二個(gè)到達(dá)壕溝的是 前擺的右輪3，由于前輪l己到達(dá)對岸，重心又位于前輪l、左輪7、后輪6組成的三角 形內(nèi)，所以當(dāng)右輪3懸空時(shí)，車也一樣能平穩(wěn)行駛，從而送右輪3安全越過壕溝，如圖(4-3)。這時(shí)兩輪處于壕溝對岸，兩輪未過壕溝，但四輪都接地。4、將右輪3解鎖，前 后輪搖臂擺至垂直地面，前后輪轉(zhuǎn)向至可以繞右輪3接地點(diǎn)做圓周運(yùn)動，此時(shí)重心將處 于前輪l、右輪3、后輪6接地點(diǎn)所組成的三角形內(nèi)，接下來驅(qū)動另外三輪，車體將繞右 輪3做圓周運(yùn)動，左輪7將到達(dá)壕溝，但由于重心位于右輪3、前輪l、后輪6三角之內(nèi)， 所以車在左輪7懸空時(shí)仍然能平穩(wěn)行駛，左輪7在其懸空的同時(shí)前擺搖臂，使其擺至與 右輪3搖臂平齊，當(dāng)左輪7越過壕溝時(shí)，停止驅(qū)動，如圖(4-4)。 5、此時(shí)前左右輪都已 越過壕溝，此時(shí)只有后輪6未越過壕溝，但是處于接地狀態(tài)。將前后輪轉(zhuǎn)向至正常行駛 角度，如圖(4-5)。 6、此時(shí)，左右輪搖臂都是前擺，重心處于左輪7、右輪3、后輪6 的三角形中，為了使重心相對前移，將左右兩輪搖臂同時(shí)往后擺直至重心位于前面三輪 接地點(diǎn)的三角之內(nèi)，如圖(4-6)。 7、驅(qū)動四輪，由于重心處于前部，后輪6懸于壕溝上 時(shí)車仍然可以平穩(wěn)行駛，如圖(4-7)。 8、繼續(xù)驅(qū)動四輪，后輪6即可以安全越過壕溝。即完成了越壕動作，如圖(4-8)?？箓?cè)傾過程月球車的側(cè)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(diào)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，后懸架向后擺動，從而整體降低車身的高度(如圖5-b)。另一種方式為前、后懸架位置保持不變，通過調(diào)整中間輪來保證車身與地面間的側(cè)傾角度(如圖5-c)。
權(quán)利要求
1、一種主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統(tǒng)，其特征在于它包括類菱形車架(9)以及安裝于車架(9)上具有獨(dú)立驅(qū)動系統(tǒng)的前輪(1)、后輪(6)、左輪(7)和右輪(3)，所述前輪(1)和后輪(6)分別通過前懸架系統(tǒng)(2)和后懸架系統(tǒng)(5)固定于車架(9)上，左輪(7)和右輪(3)分別通過左懸架系統(tǒng)(8)和右懸架系統(tǒng)(4)固定于車架(9)上，所述前懸架系統(tǒng)(2)和后懸架系統(tǒng)(5)包括搖臂動力機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，左懸架系統(tǒng)(8)和右懸架系統(tǒng)(4)包括搖臂動力機(jī)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)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(tǒng)，其特征在于 所述搖臂動力機(jī)構(gòu)包括搖臂電機(jī)(10)、搖臂蝸輪蝸桿減速機(jī)(11)以及搖臂(12)，所 述搖臂電機(jī)(10)的輸出軸通過搖臂蝸輪蝸桿減速機(jī)(11)與搖臂(12)相連，搖臂(12) 與車輪相連。
3、 根據(jù)權(quán)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(tǒng)，其特征在 于所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機(jī)(14)和轉(zhuǎn)向蝸輪蝸桿減速機(jī)(13)，轉(zhuǎn)向電機(jī)(14)的 輸出軸通過轉(zhuǎn)向蝸輪蝸桿減速機(jī)(13)與搖臂動力機(jī)構(gòu)中搖臂(12)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統(tǒng)，它包括類菱形車架以及安裝于車架上具有獨(dú)立驅(qū)動系統(tǒng)的前輪、后輪、左輪和右輪，所述前輪和后輪分別通過前懸架系統(tǒng)和后懸架系統(tǒng)固定于車架上，左輪和右輪分別通過左懸架系統(tǒng)和右懸架系統(tǒng)固定于車架上，所述前懸架系統(tǒng)和后懸架系統(tǒng)包括搖臂動力機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，前后輪聯(lián)動轉(zhuǎn)向，左懸架系統(tǒng)和右懸架系統(tǒng)包括搖臂動力機(jī)構(gòu)。本發(fā)明采用四輪三軸菱形底盤和主動擺臂的結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了輪式驅(qū)動方式的高效移動性和腳式移動系統(tǒng)的爬行能力，是一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、能適合各種惡劣環(huán)境下作業(yè)、適用范圍廣、穩(wěn)定性好、可靠性高、轉(zhuǎn)向靈活機(jī)動性強(qiáng)的主動搖臂式可變菱形四輪月球車移動系統(tǒng)。
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(yōu)先權(quán)日2008年1月9日
發(fā)明者文桂林, 楊興發(fā), 金秋談, 鐘志華, 馬傳帥 申請人:湖南大學(xué)