CN101407164A - 六轮星球探测车可伸缩悬架机构 - Google Patents

Abstract

六轮星球探测车可伸缩悬架机构，它涉及一种六轮星球探测车悬架机构。针对星球探测车着陆内的体积与工作状态的体积之间发生冲突问题。两个单侧独立摇臂悬架对称设置在车体的两侧，伸缩驱动机构设置在车体内部，伸缩驱动机构由两个变速离合机构、差动装置、蜗杆、蜗轮和电机组成；两个变速离合机构对称设置在差动装置的两侧，每个单侧独立摇臂悬架与相邻的变速离合机构固接，变速离合机构与差动装置连接，蜗杆与电机的转子固接，电机的定子与车体固接，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮与差动装置固接，蜗杆、蜗轮与车体组成转动副。本发明通过单侧独立摇臂悬架的收缩，缩小星球探测车所占包络空间；通过单侧独立摇臂悬架的伸展，将星球探测车展开到工作状态。

Description

六轮星球探测车可伸缩悬架机构

技术领域

本发明涉及一种六轮星球探测车悬架机构。

背景技术

星球探测车是承载科学仪器的工作平台，其运动性能对探测任务的完成效果有直接影响。六轮星球探测车因越障能力强、地形自适应性好、车体姿态平稳而得到广泛应用，它主要由车体、悬架和车轮组成。为完成更多的探测任务，星球探测车需携带一定数量的仪器，这样势必会增加车体的体积，为保证星球探测车的稳定性、通过性和越障性能，要相应地增大悬架的几何尺寸，进而增大了星球探测车的总体包络空间。星球探测车以着陆器为运载工具，出于发射成本考虑，着陆器的有效载荷空间会受到限制，进而对安装在着陆器内的星球探测车的体积受到制约。

发明内容

本发明的目的是提供一种六轮星球探测车可伸缩悬架机构，以解决星球探测车着陆内的体积与工作状态的体积之间发生冲突的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的悬架机构包括两个单侧独立摇臂悬架；所述悬架机构还包括伸缩驱动机构；所述两个单侧独立摇臂悬架对称设置在车体的左右两侧，所述伸缩驱动机构设置在车体的内部，伸缩驱动机构由两个变速离合机构、差动装置、蜗杆、蜗轮和电机组成；所述两个变速离合机构对称设置在差动装置的左右两侧，每个单侧独立摇臂悬架与相邻的变速离合机构的一端固接，所述变速离合机构的另一端与差动装置的一端连接，所述蜗杆与电机的转子固接，所述电机的定子与车体固接，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮与差动装置的第四锥齿轮固接，蜗杆、蜗轮分别与车体组成转动副。

本发明具有以下有益效果：一、本发明的可伸缩悬架机构在完全收缩状态下，可减小星球探测车所占用的空间，有效利用着陆器的载荷空间；二、本发明的可伸缩悬架机构在完全展开状态下，可提高星球探测车的抗倾翻性、通过性及越障能力；三、前、后摇臂从完全收缩到完全展开的过程中，可在任意位置驻留，作为星球探测车的过渡工作状态，而且不需要增加额外的关节锁紧装置，完全可以通过螺纹的自锁来实现；四、前、后摆杆的伸缩利用车轮的驱动电机来完成，不需额外增加驱动电机，既可节省能耗，又能减轻重量；五、本发明的可伸缩悬架机构的收缩和展开通过车载的伸缩驱动机构来完成，实施简单、工作可靠；六、本发明的可伸缩悬架机构完全展开后，可利用差动装置减小两侧非对称地形对星球探测车车体位姿的影响，提高了车体的平稳性；七、本发明不仅适用于星球探测车，还可以应用于轮式移动机器人及可变形的高级玩具车中。

附图说明

图1是本发明的可伸缩悬架机构的主视图(完全伸展状态)，图2是图1的俯视图，图3是图2的A向局部视图，图4是离合器50的结构示意图(结合状态)，图5是图4的B-B剖面图，图6是离合器50的结构示意图(分离状态)，图7是本发明的可伸缩悬架机构的主视图(完全收缩状态)，图8是前转向装置4的主视图，图9是后转向装置17的主视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的悬架机构包括两个单侧独立摇臂悬架20；所述悬架机构还包括伸缩驱动机构60；所述两个单侧独立摇臂悬架20对称设置在车体70的左右两侧，所述伸缩驱动机构60设置在车体70的内部，伸缩驱动机构60由两个变速离合机构30、差动装置40、蜗杆61、蜗轮62和电机63组成；所述两个变速离合机构30对称设置在差动装置40的左右两侧，每个单侧独立摇臂悬架20与相邻的变速离合机构30的一端固接，所述变速离合机构30的另一端与差动装置40的一端连接，所述蜗杆61与电机63的转子固接，所述电机63的定子与车体70固接，蜗杆61与蜗轮62啮合，蜗轮62与差动装置40的第四锥齿轮48固接，蜗杆61、蜗轮62分别与车体70组成转动副。通过悬架机构的伸缩，星球探测车可获得收拢和展开两种状态，分别满足发射和探测两种要求。

具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式的每个变速离合机构30由中心轴10、锥齿轮套31、第一齿轮32、第二齿轮33、第三齿轮34、第四齿轮35和离合器50组成；所述中心轴10的一端与相对应的单侧独立摇臂悬架20固接，中心轴10通过离合器50与差动装置40结合或分离，所述锥齿轮套31和第一齿轮32空套在中心轴10上，锥齿轮套31与第一齿轮32固接，第一齿轮32与第二齿轮33啮合，第二齿轮33与第三齿轮34固接，第三齿轮34与第四齿轮35啮合。如此设置，结构简单、传动可靠。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的差动装置40由第一锥齿轮套41、第一锥齿轮42、第一系杆43、第二锥齿轮44、第二锥齿轮套45、第二系杆46、第三锥齿轮47和第四锥齿轮48组成；所述第一锥齿轮套41和第二锥齿轮套45相对设置并分别空套在相应的中心轴10上，所述第四齿轮35空套在第一锥齿轮套41上，第一锥齿轮42空套在第一系杆43上，第三锥齿轮47空套在第二系杆46上，第一系杆43和第二系杆46均与第二锥齿轮44固接，第一锥齿轮套41分别与第一锥齿轮42和第三锥齿轮47同时啮合，第二锥齿轮套45分别与第一锥齿轮42和第三锥齿轮47同时啮合，第二锥齿轮44和第四锥齿轮48啮合，第二锥齿轮44空套在第二锥齿轮套45上。变速离合机构30通过离合器50与差动装置40结合或分离(第四齿轮35与第一锥齿轮套41或第二锥齿轮套45结合或分离)，利用差动装置40，使之既可作为摇臂伸缩的传动机构，又能作为两侧悬架的平衡机构。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图2、图4和图6说明本实施方式，本实施方式的离合器50由外花键套51、内花键滑套52、弹簧53和电磁离合器54组成；所述外花键套51与中心轴10固接，内花键滑套52装在外花键套51上和第一锥齿轮套41的端部上且与外花键套51和第一锥齿轮套41的外花键啮合，所述电磁离合器54设置在内花键滑套52与齿轮35之间，所述弹簧53的一端装在电磁离合器54靠近齿轮35一侧端面上的环槽内，弹簧53的另一端贴附在齿轮35靠近电磁离合器54一侧的端面上。电磁离合器54与齿轮35吸合，电磁离合器54在弹簧53作用下与齿轮35分离。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同

具体实施方式五：结合图1和图7说明本实施方式，本实施方式的每个单侧独立摇臂悬架20由前转向装置4、前摇臂5、上摇臂8、后摇臂14、前摆杆15、后摆杆16、后转向装置17、前伸缩执行机构18和后伸缩执行机构19组成；所述前伸缩执行机构18由前螺母6、前丝杠7和前锥齿轮9组成，所述后伸缩执行机构19由后锥齿轮11、后丝杠12和后螺母13组成，所述前摇臂5的一端与前转向装置4的前壳体80固接，前摇臂5的另一端装在上摇臂8的前支路滑槽82内且与其滑动配合，所述前转向装置4的前连接架81与前车轮3的轮轴铰接，所述后摇臂14的一端与前摆杆15铰接，后摇臂14的另一端装在上摇臂8的后支路滑槽79内且与其滑动配合，上摇臂8与中心轴10固接，前摆杆15的前下端与中车轮2的轮轴铰接，后摆杆16一端设置在前摆杆15的连接槽78内且与其滑动配合，后摆杆16的另一端与后转向装置17的后壳体90固接，后转向装置17的后连接架91与后车轮1的轮轴铰接，所述前丝杠7的一端与前锥齿轮9固接，前螺母6与前丝杠7组成螺旋副，前螺母6固装在前摇臂5的内孔中，前丝杠7与上摇臂8组成转动副，前锥齿轮9与锥齿轮套31啮合，所述后丝杠12的一端与后锥齿轮11固接，后螺母13与后丝杠12组成螺旋副，后螺母13固装在后摇臂14的内孔中，后丝杠12与上摇臂8组成转动副，后锥齿轮11与锥齿轮套31啮合。如此设计，前锥齿轮9转动，会带动前摇臂5沿着上摇臂8的前支路滑槽82内滑动；后锥齿轮11转动，会带动后摇臂14沿着上摇臂8的后支路滑槽79内滑动。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同

具体实施方式六：结合图1、图7和图8说明本实施方式，本实施方式的前转向装置4由前电机罩84、前制动器85、前转向电机86、前壳体80、前上滚动轴承87、前隔垫88、前下滚动轴承89、前轴承盖83和前连接架81组成；所述前电机罩84的下端面与前壳体80的上端面固接，前转向电机86设置在前电机罩84内部，前转向电机86与前壳体80上端面固接，前转向电机86的输出轴与前连接架81传动连接，前连接架81与前壳体80之间装有前上滚动轴承87和前下滚动轴承89，前上滚动轴承87和前下滚动轴承89通过前隔垫88隔开，前轴承盖83与前壳体80的下端面固接。如此设置，当前车轮3需要转向时，接通前转向电机86；当前车轮3不需要转向时，关闭前转向电机86，通过前制动器85抱闸，前车轮3转向被固定。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1、图7和图9说明本实施方式，本实施方式的后转向装置17由后电机罩94、后制动器95、后转向电机96、后壳体90、后上滚动轴承97、后隔垫98、后下滚动轴承99、后轴承盖93和后连接架91组成；所述后电机罩94的下端面与后壳体90的上端面固接，后转向电机96设置在后电机罩94内部，后转向电机96与后壳体90上端面固接，后转向电机96的输出轴与后连接架91传动连接，后连接架91与后壳体90之间装有后上滚动轴承97和后下滚动轴承99，后上滚动轴承97和后下滚动轴承99通过后隔垫98隔开，后轴承盖93与后壳体90的下端面固接。如此设置，当后车轮1需要转向时，接通后转向电机96；当后车轮1不需要转向时，关闭后转向电机96，通过后制动器95抱闸，后车轮1转向被固定。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

工作原理：

本发明可伸缩悬架机构呈对称分布，两侧独立摇臂悬架伸缩过程相同，单侧悬架的收缩与展开过程互逆、原理相同(只需改变驱动电机的转向)，此处通过单侧悬架机构的展开过程来说明本发明的工作原理。如图7所示，本发明处于在着陆器内部安装的完全收缩状态。当着陆器安全、稳定着陆后，悬架机构的展开分两个步骤来完成：第一步，后车轮1的驱动电机启动，后车轮1向后运动，拉动后摆杆16沿前摆杆15的连接槽78移动，当运动到要求的位置后锁紧，后车轮1的驱动电机关闭，摆杆完全展开(图1)；第二步，电机63启动，电磁离合器54工作，外花键套51和内花键滑套52脱离，内花键滑套52只与第一锥齿轮套41的外花键连接，同时内花键滑套52端面与齿轮35吸合(图4)；电机63通过蜗杆61、蜗轮62、差动装置40、变速离合机构30、前伸缩执行机构18、后伸缩执行机构19分别带动前丝杠7和后丝杠12同步转动，前摇臂5沿上摇臂8的前支路滑槽82移动，后摇臂14沿上摇臂8的后支路滑槽79移动，上摇臂8连同中心轴10一起带动车体70上升，当上升到要求位置后，前摇臂5、后摇臂14分别与上摇臂8锁紧，电机63关闭，摇臂完成展开(图1)，至此，单侧可伸缩悬架机构的展开全部完成。接着，电磁离合器54关闭，内花键滑套52同时与外滑键套51和第一锥齿轮套41或第一锥齿轮套45啮合(图6)，可伸缩悬架机构成为被动摇臂式悬架，星球探测车处于正常工作状态。

Claims (7)

1、一种六轮星球探测车可伸缩悬架机构，所述悬架机构包括两个单侧独立摇臂悬架(20)；其特征在于：所述悬架机构还包括伸缩驱动机构(60)；所述两个单侧独立摇臂悬架(20)对称设置在车体(70)的左右两侧，所述伸缩驱动机构(60)设置在车体(70)的内部，伸缩驱动机构(60)由两个变速离合机构(30)、差动装置(40)、蜗杆(61)、蜗轮(62)和电机(63)组成；所述两个变速离合机构(30)对称设置在差动装置(40)的左右两侧，每个单侧独立摇臂悬架(20)与相邻的变速离合机构(30)的一端固接，所述变速离合机构(30)的另一端与差动装置(40)的一端连接，所述蜗杆(61)与电机(63)的转子固接，所述电机(63)的定子与车体(70)固接，蜗杆(61)与蜗轮(62)啮合，蜗轮(62)与差动装置(40)的第四锥齿轮(48)固接，蜗杆(61)、蜗轮(62)分别与车体(70)组成转动副。

2、根据权利要求1所述的六轮星球探测车可伸缩悬架机构，其特征在于：所述每个变速离合机构(30)由中心轴(10)、锥齿轮套(31)、第一齿轮(32)、第二齿轮(33)、第三齿轮(34)、第四齿轮(35)和离合器(50)组成；所述中心轴(10)的一端与相对应的单侧独立摇臂悬架(20)固接，中心轴(10)通过离合器(50)与差动装置(40)结合或分离，所述锥齿轮套(31)和第一齿轮(32)空套在中心轴(10)上，锥齿轮套(31)与第一齿轮(32)固接，第一齿轮(32)与第二齿轮(33)啮合，第二齿轮(33)与第三齿轮(34)固接，第三齿轮(34)与第四齿轮(35)啮合。

3、根据权利要求2所述六轮星球探测车可伸缩悬架机构，其特征在于：所述差动装置(40)由第一锥齿轮套(41)、第一锥齿轮(42)、第一系杆(43)、第二锥齿轮(44)、第二锥齿轮套(45)、第二系杆(46)、第三锥齿轮(47)和第四锥齿轮(48)组成；所述第一锥齿轮套(41)和第二锥齿轮套(45)相对设置并分别空套在相应的中心轴(10)上，所述第四齿轮(35)空套在第一锥齿轮套(41)上，第一锥齿轮(42)空套在第一系杆(43)上，第三锥齿轮(47)空套在第二系杆(46)上，第一系杆(43)和第二系杆(46)均与第二锥齿轮(44)固接，第一锥齿轮套(41)分别与第一锥齿轮(42)和第三锥齿轮(47)同时啮合，第二锥齿轮套(45)分别与第一锥齿轮(42)和第三锥齿轮(47)同时啮合，第二锥齿轮(44)和第四锥齿轮(48)啮合，第二锥齿轮(44)空套在第二锥齿轮套(45)上。

4、根据权利要求3所述的六轮星球探测车可伸缩悬架机构，其特征在于：所述离合器(50)由外花键套(51)、内花键滑套(52)、弹簧(53)和电磁离合器(54)组成；所述外花键套(51)与中心轴(10)固接，内花键滑套(52)装在外花键套(51)上和第一锥齿轮套(41)的端部上且与外花键套(51)和第一锥齿轮套(41)的外花键啮合，所述电磁离合器(54)设置在内花键滑套(52)与齿轮(35)之间，电磁离合器(54)与齿轮(35)吸合，所述弹簧(53)的一端装在电磁离合器(54)靠近齿轮(35)一侧端面上的环槽内，弹簧(53)的另一端贴附在齿轮(35)靠近电磁离合器(54)一侧的端面上。

5、根据权利要求2所述六轮星球探测车可伸缩悬架机构，其特征在于：所述每个单侧独立摇臂悬架(20)由前转向装置(4)、前摇臂(5)、上摇臂(8)、后摇臂(14)、前摆杆(15)、后摆杆(16)、后转向装置(17)、前伸缩执行机构(18)和后伸缩执行机构(19)组成；所述前伸缩执行机构(18)由前螺母(6)、前丝杠(7)和前锥齿轮(9)组成，所述后伸缩执行机构(19)由后锥齿轮(11)、后丝杠(12)和后螺母(13)组成，所述前摇臂(5)的一端与前转向装置(4)的前壳体(80)固接，前摇臂(5)的另一端装在上摇臂(8)的前支路滑槽(82)内且与其滑动配合，所述前转向装置(4)的前连接架(81)与前车轮(3)的轮轴铰接，所述后摇臂(14)的一端与前摆杆(15)铰接，后摇臂(14)的另一端装在上摇臂(8)的后支路滑槽(79)内且与其滑动配合，上摇臂(8)与中心轴(10)固接，前摆杆(15)的前下端与中车轮(2)的轮轴铰接，后摆杆(16)一端设置在前摆杆(15)的连接槽(78)内且与其滑动配合，后摆杆(16)的另一端与后转向装置(17)的后壳体(90)固接，后转向装置(17)的后连接架(91)与后车轮(1)的轮轴铰接，所述前丝杠(7)的一端与前锥齿轮(9)固接，前螺母(6)与前丝杠(7)组成螺旋副，前螺母(6)固装在前摇臂(5)的内孔中，前丝杠(7)与上摇臂(8)组成转动副，前锥齿轮(9)与锥齿轮套(31)啮合，所述后丝杠(12)的一端与后锥齿轮(11)固接，后螺母(13)与后丝杠(12)组成螺旋副，后螺母(13)固装在后摇臂(14)的内孔中，后丝杠(12)与上摇臂(8)组成转动副，后锥齿轮(11)与锥齿轮套(31)啮合。

6、根据权利要求5所述六轮星球探测车可伸缩悬架机构，其特征在于：所述前转向装置(4)由前电机罩(84)、前制动器(85)、前转向电机(86)、前壳体(80)、前上滚动轴承(87)、前隔垫(88)、前下滚动轴承(89)、前轴承盖(83)和前连接架(81)组成；所述前电机罩(84)的下端面与前壳体(80)的上端面固接，前转向电机(86)设置在前电机罩(84)内部，前转向电机(86)与前壳体(80)上端面固接，前转向电机(86)的输出轴与前连接架(81)传动连接，前连接架(81)与前壳体(80)之间装有前上滚动轴承(87)和前下滚动轴承(89)，前上滚动轴承(87)和前下滚动轴承(89)通过前隔垫(88)隔开，前轴承盖(83)与前壳体(80)的下端面固接。

7、根据权利要求5所述六轮星球探测车可伸缩悬架机构，其特征在于：所述后转向装置(17)由后电机罩(94)、后制动器(95)、后转向电机(96)、后壳体(90)、后上滚动轴承(97)、后隔垫(98)、后下滚动轴承(99)、后轴承盖(93)和后连接架(91)组成；所述后电机罩(94)的下端面与后壳体(90)的上端面固接，后转向电机(96)设置在后电机罩(94)内部，后转向电机(96)与后壳体(90)上端面固接，后转向电机(96)的输出轴与后连接架(91)传动连接，后连接架(91)与后壳体(90)之间装有后上滚动轴承(97)和后下滚动轴承(99)，后上滚动轴承(97)和后下滚动轴承(99)通过后隔垫(98)隔开，后轴承盖(93)与后壳体(90)的下端面固接。

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