CN101249852B - 前后车架主动可调的被动摇臂式菱形月球车移动系统 - Google Patents

Abstract

一种前后车架主动可调的被动摇臂式菱形月球车移动系统，它包括可转动的车架以及安装于车架上菱形布置的前轮、后轮、左轮和右轮，所述前轮和后轮分别通过前悬架系统和后悬架系统固定于车架上，左轮和右轮分别通过左悬架系统和右悬架系统固定于车架上，所述前悬架系统和后悬架系统均由连接机构和转向机构组成，所述车架包括安装有前轮的前车架和安装有后轮的后车架，后车架的一端设有转轴，后车架通过转轴与前车架铰接，所述转轴与电机相连。本发明采用四轮三轴菱形底盘的新型结构，具有结构紧凑、轻量化程度高、姿态调整方便、越野性能好、地形适应能力强、可靠性高的优点。

Description

前后车架主动可调的被动摇臂式菱形月球车移动系统

技术领域

本发明主要涉及到行走装置的设计领域，特指一种前后车架主动可调的被动摇臂式菱形月球车移动系统，可适用于恶劣环境下的无人探测和矿石采集领域。

背景技术

对于月面环境来说，月球车要求适应不熟悉的地貌和多灰层、微重力等独特的月球表面行驶环境以及实现地月转移，这对车辆的轻量化和行驶性能有着特殊的要求。从目前国内研究月球车情况看，大家认为传统的两轴四轮机构具有结构紧凑、耗能低、负载能力大、姿态调整方便的优点，缺点是车体的稳定性较差，爬坡和越障能力不强；六轮机构由于具有三轴特性，越野性和稳定性较强的优点，缺点是难以实现轻量化，重力在各车轮上的分配不均匀，不能充分发挥电机的效率。考虑到月球上特殊的工况，人们普遍认为轮式月球车中六轮是最优的，而传统的四轮车尽管比六轮结构更简单、可靠，但由于不具备好的越野性而不在选择范围之内。若要发挥四轮车的结构简单易于轻量化和可靠性强的优势，又要使其拥有优越的越野性能，就必须通过新概念的创新设计提高其越野性等行驶性能。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明要解决的问题就在于：本发明提供一种结构简单紧凑、地形适应能力强、车体姿态平稳、可靠性高、高轻量化的前后车架主动可调的被动摇臂式菱形月球车移动系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种前后车架主动可调的被动摇臂式菱形月球车移动系统，其特征在于：它包括可转动的车架以及安装于车架上菱形布置的前轮、后轮、左轮和右轮，所述前轮和后轮分别通过前悬架系统和后悬架系统固定于车架上，左轮和右轮分别通过左悬架系统和右悬架系统固定于车架上，所述前悬架系统和后悬架系统均由连接机构和转向机构组成，所述车架包括安装有前轮的前车架和安装有后轮的后车架，后车架的一端设有转轴，后车架通过转轴与前车架铰接，所述转轴与电机相连。

所述前车架上设有轴承座，后车架的转轴一端装设有限位块并通过轴承与轴承座定位，电机安装于另一端轴承座上，电机输出端与转轴固连。

所述转向机构包括转向电机，转向电机固定于转向电机套筒内，转向电机的输出轴通过键与连接臂上端相接，转向力矩通过连接臂输送到前轮或后轮上。

所述连接机构包括轴承座、角接触轴承以及连接臂，转向电机套筒与连接机构的轴承座相连，角接触轴承安装在轴承座内，其外圈分别通过轴承座和转向电机套筒定位，内圈中安装连接臂，所述连接臂通过其自身的凸台和锁紧螺帽与角接触轴承内圈相连，连接臂与前轮或后轮相连。

所述前轮或后轮的接地点与转向电机输出轴的轴心延长线不相交。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：

1、本发明前后车架主动可调的被动摇臂式菱形月球车移动系统的“三轴”确保良好的越野性能和移动稳定性；“四轮”确保高程度的轻量化。

2、、本发明前后车架主动可调的被动摇臂式菱形月球车移动系统能耗低，控制简单，驱动和转向的可靠性更高。

3、本发明前后车架主动可调的被动摇臂式菱形月球车移动系统，在越障时可通过前后车架的转轴处的电机的输出，辅助前轮以向上的动力，对其越障高度有显著提高；

4、、本发明前后车架主动可调的被动摇臂式菱形月球车移动系统采用菱形底盘结构，在同样的转向角度下，通过前后轮联动转向，可以显著减小月球车的转向半径，提高月球车的转向灵活性。同时还可以实现原地转向，能够实现随时避障，显著提高月球车的适应性。

5、本发明前后车架主动可调的被动摇臂式菱形月球车移动系统具有路面自适应性，尤其是月球坑和爬坡的接地性更好；

6、本发明前后车架主动可调的被动摇臂式菱形月球车移动系统通过前轮或后轮的转向可实现重心左右相对偏移，使得具有在坡面行驶或路面坍塌时的四辙稳定性。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的侧视结构示意图；

图3是本发明车架侧视结构示意图；

图4是本发明中前悬架系统的结构示意图。

图例说明

1、前轮                2、后轮

3、左轮               4、右轮

5、前悬架系统         6、后悬架系统

7、左悬架系统         8、右悬架系统

9、车架               10、转向电机

11、前车架            12、后车架

13、转轴              14、限位轴承座

15、限位块            16、转向电机套筒

17、轴承座            18、锁紧螺帽

19、角接触轴承        20、连接臂

21、电机

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的前后车架主动可调的被动摇臂式菱形月球车移动系统，它包括可转动的车架9以及安装于车架9上菱形布置的前轮1、后轮2、左轮3和右轮4，前轮1和后轮2分别通过前悬架系统5和后悬架系统6固定于车架9上，左轮3和右轮4分别通过左悬架系统7和右悬架系统8固定于车架9上，前悬架系统5和后悬架系统6均由连接机构和转向机构组成，左悬架系统7和右悬架系统8只作连接机构。车架9由前车架11、后车架12、转轴13、限位轴承座14、限位块15、电机21组成。后车架12跟转轴13通过螺栓固连，限位轴承座14跟前车架11通过螺栓固连，限位块15跟转轴13两端固连，转轴13通过轴承与限位轴承座14定位，后车架12可以通过转轴13绕前车架11相对转动，转动角度范围由限位块15和限位轴承座14之间的空隙决定。电机21跟一端限位轴承座14固联，其输出轴跟转轴13固联。前后悬架的连接机构由转向电机套筒16、轴承座17、锁紧螺帽18、角接触轴承19、连接臂20组成，其中转向电机套筒16通过螺栓跟车架9固连，轴承座17通过螺钉跟转向电机套筒16固连，角接触轴承19安装在轴承座17内，其外圈分别通过轴承座17和转向电机套筒16定位，内圈中安装连接臂20，连接臂20通过其自身的凸台和锁紧螺帽18跟角接触轴承19内圈固定。连接臂20下端跟车轮轴通过销钉固连。转向机构的转向电机10通过螺钉安装在转向电机套筒16内，其输出轴跟连接臂20通过键连接。转向时其动力通过连接臂20传送到前后车轮上。由于前后车轮接地点与转向电机10输出轴轴心延长线不相交，所以在转向时前后车轮接地点是绕前后转向电机10输出轴轴心转动的。转向电机10自带电磁制动器，在不需要转向时电磁制动器制动。

在普通粗糙路面行驶时，不使用电机21，让前车架11和后车架12自由铰接，直接驱动四轮，转向通过前轮1、后轮2联动转向。

当不需越障时，不使用电机21，让前车架11和后车架12自由铰接，这样使得车轮有良好的接地性能，可以保持车轮始终接地，这样可以使得车的重力可以由四轮平均承载，还可以获得更大的地面附着力得以驱动。

当遇到比较高的障碍物时，可以通过电机21的输出力矩在前轮1越障时辅助以向上的推力以提高越障的能力。

当车在斜坡上横向行驶时，由于重力的原因，使得左轮3和右轮4中位于下边的轮子分担的车轮重力要大于其余各轮，而上边轮子分担的重力要小于其他轮子。这样重力在各车轮上的分配不均匀，不能发挥电机的效率。由于转向电机10轴线与地面交点与前后轮接地点不重合，所以前后轮可以相对车架9改变布置方式。假设左轮3位于下方，可以把后轮2转向180度，从而使其接地点相对下移，这样既可以减少左轮3分担的重力，又可以增加右轮4分担的重力，于是使得各车轮分担的重力尽可能的均衡，最大程度上发挥驱动电机的效率。

当车在一边路面容易坍塌的路况行驶时。由于本发明前后轮可以通过转向相对车架9改变布置方式。假设右边路面容易坍塌，可以把后轮2转向180度，从而使其接地点相对右移，这样使得原来的四轮三辄变为了四轮四辄，此时车的重心位于前轮1、后轮2、左轮3各自接地点所组成的三角形中，这样减轻了右轮4分担的车的重力，从而较少了右边路面坍塌的可能性。即算是右边路面坍塌，由于重心已经相对左偏，所以车仍然能保持平稳行驶。

当车遇到不可逾越的障碍时，此车可以发挥其360度原地转向的超强避障功能，原地转向时只需将前后轮转向至各自轮轴线延长线通过车的重心，然后前轮1和后轮2差速，左轮3和右轮4差速即可。

Claims (3)

1.一种前后车架主动可调的被动摇臂式菱形月球车移动系统，其特征在于：它包括可转动的车架(9)以及安装于车架(9)上菱形布置的前轮(1)、后轮(2)、左轮(3)和右轮(4)，所述前轮(1)和后轮(2)分别通过前悬架系统(5)和后悬架系统(6)固定于车架(9)上，左轮(3)和右轮(4)分别通过左悬架系统(7)和右悬架系统(8)固定于车架(9)上，所述前悬架系统(5)和后悬架系统(6)均由连接机构和转向机构组成，所述转向机构包括固定于转向电机套筒(16)内的转向电机(10)，所述连接机构包括轴承座(17)、角接触轴承(19)以及连接臂(20)，所述转向电机套筒(16)与轴承座(17)相连，所述角接触轴承(19)安装在轴承座(17)内，所述角接触轴承(19)的外圈分别通过轴承座(17)和转向电机套筒(16)定位，所述连接臂(20)通过其自身的凸台和锁紧螺帽(18)安装于角接触轴承(19)的内圈中，所述转向电机(10)的输出轴通过键与所述连接臂(20)的上端相连，所述连接臂(20)的下端与前轮(1)或后轮(2)相连，转向力矩通过连接臂(20)输送到前轮(1)或后轮(2)上，所述车架(9)包括安装有前轮(1)的前车架(11)和安装有后轮的后车架(12)，后车架(12)的一端设有转轴(13)，后车架(12)通过转轴(13)与前车架(11)铰接，所述转轴(13)与另一电机(21)相连。

2.根据权利要求1所述的前后车架主动可调的被动摇臂式菱形月球车移动系统，其特征在于：所述前车架(11)上设有限位轴承座(14)，所述后车架(12)的转轴(13)一端装设有限位块(15)并通过另一轴承与限位轴承座(14)的一端定位，所述另一电机(21)安装于限位轴承座(14)的另一端上，所述另一电机(21)输出端与所述转轴(13)固连。

3.根据权利要求1或2所述的前后车架主动可调的被动摇臂式菱形月球车移动系统，其特征在于：所述前轮(1)或后轮(2)的接地点与转向电机(10)输出轴的轴心延长线不相交。

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